JP2017535406A - Imageless implant revision surgery - Google Patents

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Abstract

無画像インプラント修正外科手術を計画および実行するためのシステムおよび方法が論じられる。たとえば、修正計画を生成するための方法は、目標の骨を特徴付ける予め定義されたパラメータを収集するステップと、3Dモデルを生成するステップと、複数の表面点を収集するステップと、再整形された3Dモデルを生成するステップとを含むことができる。目標の骨の3Dモデルを生成するステップは、予め定義されたパラメータの第1の部分に基づき得る。再整形された3Dモデルを生成するステップは、目標の骨の表面の一部分から収集された複数の表面点に基づいて行われ得る。Systems and methods for planning and performing imageless implant revision surgery are discussed. For example, a method for generating a correction plan includes a step of collecting predefined parameters characterizing a target bone, generating a 3D model, collecting a plurality of surface points, and reshaping Generating a 3D model. The step of generating a 3D model of the target bone may be based on a first part of the predefined parameters. The step of generating the reshaped 3D model may be performed based on a plurality of surface points collected from a portion of the target bone surface.

Description

優先権の主張
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、2014年12月1日に出願された「Method for Planning and Performing CT-Less Implant Revision Surgery」と題する米国仮出願第62/085,647号の優先権の利益を主張するものである。
This application is a US provisional application entitled "Method for Planning and Performing CT-Less Implant Revision Surgery" filed on December 1, 2014, which is incorporated herein by reference in its entirety. Claims the benefit of the priority of 62 / 085,647.

本発明は、整形外科用インプラント修正外科手術処置を計画および実行する際のロボットシステムの使用に関する。1つのそのようなタイプのロボットシステム、Precision Freehand Sculpting(本明細書では「PFS」と呼ぶ)が、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、米国特許第6,757,582号により詳細に開示されている。   The present invention relates to the use of a robotic system in planning and performing orthopedic implant revision surgical procedures. One such type of robotic system, Precision Freehand Sculpting (referred to herein as “PFS”), is disclosed in more detail in US Pat. No. 6,757,582, which is incorporated herein by reference in its entirety. ing.

インプラント修正外科手術は、緩み、移動、誤整列、摩耗、または他の劣化などの様々な原因によって失敗した整形外科用インプラントを除去するために行われる。既存のインプラントが除去され、残りの骨表面が準備されると、新しいインプラントが挿入可能となる。インプラント修正外科手術は、通常、関与するツール、骨、およびインプラントの位置を追跡するためにナビゲーション方法を利用して行われる。しかしながら、現代のナビゲーション方法は、多数の切断ガイド、測定治具、および骨切除表面の再評価を依然として必要とし、その結果、不必要に時間を消費する処置となる。   Implant revision surgery is performed to remove orthopedic implants that have failed due to various causes such as loosening, movement, misalignment, wear, or other degradation. Once the existing implant is removed and the remaining bone surface is prepared, a new implant can be inserted. Implant revision surgery is typically performed using navigation methods to track the position of the tools involved, bones, and implants. However, modern navigation methods still require reevaluation of multiple cutting guides, measuring jigs, and osteotomy surfaces, resulting in an unnecessarily time consuming procedure.

現在の修正技法の問題は、修正処置における既存のインプラントの除去が骨表面に追加の損傷をもたらす場合があり、新しいインプラントの挿入を準備するためにさらなる骨切除を必要とするという事実によっていっそうひどくなる。いくつかの既存のシステムでは、追加の画像化も、新しい外科手術計画を開発するために必要とされる場合がある。患者の解剖学的構造に従ってインプラントを確実にフィットさせるように注意しなければならないが、同時に、過剰な計装および画像化の必要性を低減し、処置を実行するために必要な時間を短縮し、患者の解剖学的構造に従ってインプラントを確実にフィットさせる方法を用いるインプラント修正外科手術処置を実行する方法は、現在存在しない。したがって、本発明の目的は、外科医が患者の解剖学的構造の仮想モデル上で骨の改良(refinement)とインプラントの配置とを計画することを可能にする、PFSを利用するインプラント修正外科手術処置を実行する方法を提供することである。PFSシステムは、さらに、外科医が骨切除を正確に誘導および実行することを可能にし、使用する計装および費やす時間の点で効率をもたらす。PFSシステムが本明細書で例の目的のために論じられるが、当業者は、MakoのRio(登録商標)システムなどの他のロボット外科手術システムが当業者には容易に明らかなわずかな変更のみで本発明の方法とともに使用され得ることを認識するであろう。   Problems with current revision techniques are exacerbated by the fact that removal of existing implants in revision procedures can result in additional damage to the bone surface, requiring additional bone resection to prepare for the insertion of a new implant. Become. In some existing systems, additional imaging may also be required to develop a new surgical plan. Care must be taken to ensure that the implant fits according to the patient's anatomy, while at the same time reducing the need for excessive instrumentation and imaging and reducing the time required to perform the procedure. There is currently no method for performing an implant revision surgical procedure that uses a method to ensure that the implant fits according to the patient's anatomy. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an implant modified surgical procedure utilizing PFS that allows a surgeon to plan bone refinement and implant placement on a virtual model of the patient's anatomy. Is to provide a way to perform. The PFS system also allows the surgeon to accurately guide and perform bone resection, providing efficiency in terms of instrumentation used and time spent. Although the PFS system is discussed herein for example purposes, those skilled in the art will recognize only minor modifications that other robotic surgical systems such as Mako's Rio® system are readily apparent to those skilled in the art. It will be appreciated that it can be used with the method of the present invention.

上記で説明した本発明の様々な目的および利点に加えて、本発明の様々な他の目的および利点が、以下の本発明のより詳細な説明から、特に、そのような説明が添付の図面および添付の特許請求の範囲と併用されたとき、当業者により容易に明らかになるであろう。   In addition to the various objects and advantages of the invention described above, various other objects and advantages of the invention will become apparent from the following more detailed description of the invention, particularly when read in conjunction with the accompanying drawings and It will be readily apparent to one of ordinary skill in the art when used in conjunction with the appended claims.

いくつかの実施形態が、添付の図面の図に限定としてではなく例として示される。   Some embodiments are illustrated by way of example and not limitation in the figures of the accompanying drawings.

例示的な実施形態による、無画像インプラント修正外科手術を計画および実行するためのシステムを動作させるための環境を示す図である。FIG. 2 illustrates an environment for operating a system for planning and performing imageless implant revision surgery according to an exemplary embodiment. 例示的な実施形態による、無画像インプラント修正外科手術を計画および実行するためのシステムを示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a system for planning and performing imageless implant revision surgery according to an exemplary embodiment. FIG. 例示的な実施形態による、無画像インプラント修正外科手術を計画および実行するための方法を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a method for planning and performing imageless implant revision surgery according to an exemplary embodiment. 例示的な実施形態による、修正インプラント処置における目標の骨の切除のための仮想3Dモデルを作成するための方法を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a method for creating a virtual 3D model for target bone resection in a modified implant procedure, according to an exemplary embodiment. 例示的な実施形態による、修正インプラント処置における目標の骨の切除のための3Dモデルを作成するための方法を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a method for creating a 3D model for target bone resection in a modified implant procedure, according to an exemplary embodiment. 例示的な実施形態による、修正処置で使用される3Dモデルを作成するための方法を示す図である。FIG. 4 illustrates a method for creating a 3D model used in a corrective procedure, according to an exemplary embodiment. 本明細書で論じる方法論の任意の1つまたは複数を機械に実行させるための命令のセットが実行され得るコンピュータシステムの例示的な形態における機械の概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a machine in an exemplary form of a computer system in which a set of instructions can be executed to cause the machine to execute any one or more of the methodologies discussed herein.

概要
本発明者らは、とりわけ、膝関節全置換の修正などの整形外科用インプラント修正外科手術で使用される現在の技法が、目標の骨の特定の形状および状態を十分に説明することができず、インプラントを視覚化し、位置を拡大する方法を外科医に提供せず、切除およびインプラントの位置をカスタマイズする患者固有の結果を提供しないことを認識している。
Overview The inventors are able to adequately describe the specific shape and condition of the target bone, among other things, current techniques used in orthopedic implant revision surgery, such as revision of total knee replacement. It recognizes that it does not provide the surgeon with a way to visualize and expand the implant, and does not provide patient-specific results to customize the location of the ablation and implant.

さらに、修正膝外科手術を実行する現在のシステムは、広範囲な計装を必要とする。これは、選択されたインプラントの整列と配置の両方を達成するために必要とされる。これらの器具は、整列治具と、ロッドと、複数の切断ブロックとを含む。器具は、主に解剖学的構造の一般化された仮定に依拠しており、本明細書で論じるシステムおよび方法は、これらの器具を個々の手術中に導出された患者の適切な切断計画に完全に置き換えることを可能にする。   Furthermore, current systems for performing revision knee surgery require extensive instrumentation. This is required to achieve both alignment and placement of the selected implant. These instruments include an alignment jig, a rod, and a plurality of cutting blocks. The instruments rely primarily on the generalized assumptions of the anatomy, and the systems and methods discussed herein are suitable for the patient's appropriate cutting plan derived during individual surgery. Allows complete replacement.

現在使用されている器具は、インプラント界面の近くで、手術されている骨に固定することを必要とする。外科手術を必要とする病理の性質から、骨の質はしばしば良好でなく、切断ブロックおよび整列治具の不十分または不安点な固定を引き起こし、これはしばしば、治具の望ましくない動きを引き起こし、その後の患者の結果への有害な影響を伴う不正確なインプラントの配置をもたらす。本発明の性質は、この可能性が、手術領域から離してよりよい質の骨により信頼性の高い固定で追跡器(tracker)を配置することによって克服されることを可能にする。   Currently used instruments require fixation to the bone being operated near the implant interface. Due to the nature of the pathology that requires surgery, the quality of the bone is often not good, causing inadequate or uneasy fixation of the cutting block and alignment jig, which often causes undesirable movement of the jig, Inaccurate implant placement with adverse effects on subsequent patient outcomes. The nature of the present invention allows this possibility to be overcome by placing the tracker in a reliable fixation with better quality bone away from the surgical area.

これらの器具ならびにそれらの関連するコストおよび負担(滅菌、取扱い、輸送、運搬中の損傷など)の必要性を除去することによって、本発明は、それ自体、金銭的および物流的利益をユーザにもたらすことになる。   By eliminating the need for these instruments and their associated costs and burdens (such as sterilization, handling, transportation, damage in transit), the present invention itself provides financial and logistical benefits to the user. It will be.

以下の非限定的な例は、本明細書で論じる課題を解決し、利益を提供する本システムおよび方法の特定の態様を詳述する。   The following non-limiting examples detail certain aspects of the present systems and methods that solve and provide benefits for the problems discussed herein.

例1は、無画像インプラント修正処置中に使用するための修正計画を作成するための方法を含むことができる。方法は、3Dモデルを生成するステップと、複数の表面点を受信するステップと、再整形された3Dモデルを生成するステップとを含むことができる。3Dモデルは、インプラント修正処置に関連する目標の骨の少なくとも一部の形状をモデル化するために生成される。複数の表面点は、インプラント修正処置に関連する、目標の骨の表面の部分にわたって収集される。再整形された3Dモデルは、3Dモデルと、目標の骨の表面の部分から収集された複数の表面点とに基づいて生成される。   Example 1 can include a method for creating a revision plan for use during an imageless implant revision procedure. The method can include generating a 3D model, receiving a plurality of surface points, and generating a reshaped 3D model. A 3D model is generated to model the shape of at least a portion of the target bone associated with the implant modification procedure. A plurality of surface points are collected over the portion of the target bone surface associated with the implant modification procedure. A reshaped 3D model is generated based on the 3D model and a plurality of surface points collected from the surface portion of the target bone.

例2では、例1の方法は、補綴インプラントを埋め込むために目標の骨を準備するための修正計画を生成するステップをオプションで含むことができる。   In Example 2, the method of Example 1 can optionally include the step of generating a correction plan for preparing the target bone for implantation of the prosthetic implant.

例3では、例2の方法は、修正計画に従って、目標の骨の切除中に追跡される外科手術切断器具を制御するステップをオプションで含むことができる。   In Example 3, the method of Example 2 may optionally include the step of controlling a surgical cutting instrument that is tracked during target bone resection according to a modified plan.

例4では、例1〜例3の任意の方法は、インプラント修正処置に関連する目標の骨の部分を取り囲むボクセル化された3D円筒を生成するステップをオプションで含むことができる。いくつかの例では、円筒は、インプラント修正処置に関連する目標の骨の部分と比較してすべての寸法がより大きい。   In Example 4, any of the methods of Examples 1-3 can optionally include generating a voxelized 3D cylinder that surrounds a portion of the target bone associated with the implant modification procedure. In some examples, the cylinder is larger in all dimensions compared to the target bone portion associated with the implant modification procedure.

例5では、例1〜例4の任意の方法は、ボクセル化された3Dモデルを使用して3Dモデルを生成するステップと、複数の表面点に基づいてボクセル化された3Dモデル内のボクセルを更新することによって、再整形された3Dモデルを生成するステップとをオプションで含むことができる。   In Example 5, any method of Examples 1 through 4 uses a voxelized 3D model to generate a 3D model and a voxel in a voxelized 3D model based on multiple surface points. Updating may optionally include generating a reshaped 3D model.

例6では、例5の方法は、複数の表面点に基づいて3Dモデルからのボリュームサブトラクションを実行するステップを含む、ボクセル化された3Dモデル内のボクセルを更新するステップをオプションで含むことができる。   In Example 6, the method of Example 5 can optionally include updating voxels in the voxelized 3D model, including performing volume subtraction from the 3D model based on the plurality of surface points. .

例7では、例1〜例6の任意の方法は、目標の骨を特徴付ける、追跡される外科手術器具からのパラメータの予め定義されたセットを受信するステップをオプションで含むことができ、3Dモデルを生成するステップは、パラメータの予め定義されたセットから目標の骨の寸法を計算するステップを含む。   In Example 7, any of the methods of Examples 1-6 can optionally include receiving a predefined set of parameters from the tracked surgical instrument that characterizes the target bone, and a 3D model Generating a target bone dimension from a predefined set of parameters.

例8では、例1〜例7の任意の方法は、複数の表面点の収集中に、再整形された3Dモデルを反復的に生成するステップをオプションで含むことができる。   In Example 8, any of the methods of Examples 1-7 may optionally include the step of iteratively generating a reshaped 3D model during the collection of multiple surface points.

例9は、修正計画を作成することを含む、無画像インプラント修正外科手術を計画および実行するためのシステムを含むことができる。システムは、外科手術器具と、追跡システムと、制御システムとを含むことができる。外科手術器具は、追跡アレイを含むことができる。追跡システムは、追跡センサを含むことができ、リアルタイムで、外科手術器具の3次元位置および向きと、インプラントホストの少なくとも1つの目標の骨の3次元位置および向きとを監視することができる。制御システムは、通信インターフェースと、メモリデバイスに結合された1つまたは複数のプロセッサとを含むことができる。通信インターフェースは、現在の外科手術器具の位置と現在の目標の骨の位置とを識別する追跡情報を受信するために、追跡システムに結合されてもよい。メモリデバイスは、1つまたは複数のプロセッサによって実行されたとき、予め定義されたパラメータを収集することと、3Dモデルを生成することと、複数の表面点を収集することと、再整形された3Dモデルを生成することとを含む動作を制御システムに実行させる命令を含むことができる。予め定義されたパラメータは、インプラント修正処置における目標の骨を特徴付ける。3Dモデルは、目標の骨の少なくとも一部の形状をモデル化するために、予め定義されたパラメータの一部から生成される。オプションで、予め定義されたパラメータの第2の部分は、作業座標系内の目標の骨上に3Dモデルを整列させるために使用される。複数の表面点は、インプラント修正処置に関連する、目標の骨の表面の部分にわたって収集される。再整形された3Dモデルは、3Dモデルと、目標の骨の表面の部分から収集された複数の表面点とに基づいて生成される。   Example 9 can include a system for planning and performing imageless implant revision surgery, including creating a revision plan. The system can include a surgical instrument, a tracking system, and a control system. The surgical instrument can include a tracking array. The tracking system can include a tracking sensor and can monitor the three-dimensional position and orientation of the surgical instrument and the three-dimensional position and orientation of at least one target bone of the implant host in real time. The control system can include a communication interface and one or more processors coupled to the memory device. The communication interface may be coupled to the tracking system to receive tracking information identifying the current surgical instrument position and the current target bone position. The memory device, when executed by one or more processors, collects predefined parameters, generates a 3D model, collects multiple surface points, and reshapes 3D Instructions can be included that cause the control system to perform operations including generating a model. The predefined parameters characterize the target bone in the implant correction procedure. The 3D model is generated from some of the predefined parameters to model the shape of at least a portion of the target bone. Optionally, the second part of the predefined parameters is used to align the 3D model on the target bone in the working coordinate system. A plurality of surface points are collected over the portion of the target bone surface associated with the implant modification procedure. A reshaped 3D model is generated based on the 3D model and a plurality of surface points collected from the surface portion of the target bone.

例10では、例9のシステムは、切断バー、バーガード、平板プローブアタッチメント、およびポイントプローブのうちの少なくとも1つを有する外科手術器具をオプションで含むことができる。   In Example 10, the system of Example 9 can optionally include a surgical instrument having at least one of a cutting bar, bar guard, flat plate probe attachment, and point probe.

例11では、例10のシステムは、切断バー、バーガード、平板プローブアタッチメント、およびポイントプローブのうちの1つを使用して、予め定義されたパラメータまたは複数の表面点を収集することをオプションで含むことができる。   In Example 11, the system of Example 10 optionally includes collecting predefined parameters or multiple surface points using one of a cutting bar, bar guard, flat probe attachment, and point probe. be able to.

例12では、例9〜例11の任意のシステムは、補綴インプラントを埋め込むために目標の骨を準備するための修正計画を生成することを含む動作をさらに実行する制御システムをオプションで含むことができる。   In Example 12, the optional system of Examples 9-11 may optionally include a control system that further performs operations including generating a correction plan for preparing a target bone for implanting a prosthetic implant. it can.

例13では、例12のシステムは、切断バーを制御する制御信号を送るために外科手術器具に結合された通信インターフェースをオプションで含むことができる。制御システムはまた、修正計画に従って目標の骨の切除中に外科手術器具を制御する制御信号を生成することと、通信インターフェースを介して、生成された制御信号を外科手術器具に通信することとを含む動作を実行することができる。   In Example 13, the system of Example 12 can optionally include a communication interface coupled to the surgical instrument to send a control signal to control the cutting bar. The control system also generates a control signal for controlling the surgical instrument during target bone resection according to the correction plan, and communicates the generated control signal to the surgical instrument via the communication interface. Including operations can be performed.

例14では、例9〜例13の任意のシステムは、インプラント修正処置に関連する目標の骨の部分を取り囲むボクセル化された3D円筒を生成することによって3Dモデルを生成することをオプションで含むことができる。   In Example 14, the optional system of Examples 9 to 13 optionally includes generating a 3D model by generating a voxelized 3D cylinder that surrounds the portion of the target bone associated with the implant modification procedure. Can do.

例15では、例14のシステムは、複数の表面点に基づいて3Dモデルからのボリュームサブトラクションを実行することによって、再整形された3Dモデルを生成することをオプションで含むことができる。   In Example 15, the system of Example 14 can optionally include generating a reshaped 3D model by performing volume subtraction from the 3D model based on the plurality of surface points.

例16では、例9〜例15の任意のシステムは、3Dモデルを生成するために目標の骨の手術前医用画像にアクセスすることによって3Dモデルを生成することをオプションで含むことができる。   In Example 16, any system of Examples 9-15 can optionally include generating a 3D model by accessing a pre-operative medical image of the target bone to generate a 3D model.

例17では、例9〜例16の任意のシステムは、複数の表面点の収集中に、再整形されたモデルを反復的に生成することをオプションで含むことができる。   In Example 17, any system of Examples 9-16 can optionally include iteratively generating a reshaped model during the collection of multiple surface points.

例18は、外科手術器具のナビゲーションおよび制御のためのシステム内で実行されたとき、例1〜例9のいずれか1つに記載の方法を実行する命令を有する機械可読記憶媒体を含むことができる。   Example 18 includes a machine-readable storage medium having instructions for performing the method described in any one of Examples 1-9 when executed in a system for navigation and control of a surgical instrument. it can.

例19は、インプラント修正処置を計画するためのコンピュータ実装方法を含むことができる。方法は、3Dボクセル化モデルを生成するステップと、複数のデータ点を受信するステップと、廃棄ボクセルのセットを計算するステップと、再整形された3Dボクセル化モデルを生成するステップとを含むことができる。3Dボクセル化モデルは、インプラント修正処置に関連する目標の骨の部分をモデル化するために生成されてもよく、モデルは、少なくとも、すべての寸法において目標の骨の部分と同じくらいの大きさである。複数のデータ点は、既知の幾何学的形状の器具を追跡する追跡システムから、器具が目標の骨の表面に沿ってトレースされるにつれて受信される。モデルから除去されるべき廃棄ボクセルのセットは、複数のデータ点に少なくとも部分的に基づいて計算される。再整形された3Dボクセル化モデルは、廃棄ボクセルのセットに基づいて生成される。   Example 19 can include a computer-implemented method for planning an implant revision procedure. The method may include generating a 3D voxelization model, receiving a plurality of data points, calculating a set of discarded voxels, and generating a reshaped 3D voxelization model. it can. A 3D voxelized model may be generated to model the target bone portion associated with the implant modification procedure, and the model is at least as large as the target bone portion in all dimensions. is there. A plurality of data points are received from a tracking system that tracks an instrument of known geometry as the instrument is traced along the target bone surface. A set of discarded voxels to be removed from the model is calculated based at least in part on the plurality of data points. A reshaped 3D voxelization model is generated based on the set of discarded voxels.

定義
インプラント-本明細書および関連する特許請求の範囲の目的のためには、「インプラント」という用語は、生物学的構造を置換または増強するために製造された補綴デバイスまたは構造を指すために使用される。たとえば、人工股関節全置換処置では、補綴寛骨臼カップ(インプラント)が、患者の摩耗または損傷した寛骨臼を置換または増強するために使用される。「インプラント」という用語は、一般的に(移植体とは対照的に)人工構造を意味すると考えられるが、本明細書の目的のためには、インプラントは、生物学的構造を置換または増強するために移植される生物学的組織または材料を含むことができる。
Definitions Implant—For purposes of this specification and the related claims, the term “implant” is used to refer to a prosthetic device or structure manufactured to replace or augment a biological structure. Is done. For example, in a total hip replacement procedure, a prosthetic acetabular cup (implant) is used to replace or augment a patient's worn or damaged acetabulum. The term “implant” is generally considered to mean an artificial structure (as opposed to an implant), but for purposes herein, an implant replaces or enhances a biological structure. Biological tissue or material to be transplanted.

インプラントホスト-本明細書および関連する特許請求の範囲の目的のためには、「インプラントホスト」という用語は、患者を指すために使用される。特定の例では、インプラントホストという用語はまた、より具体的に、特定の患者の解剖学的構造内の意図されたインプラントの特定の関節または位置を指すために使用される場合がある。たとえば、人工股関節全置換処置では、インプラントホストは、置換または修復される患者の股関節を指す場合がある。   Implant Host—For purposes of this specification and the associated claims, the term “implant host” is used to refer to a patient. In certain instances, the term implant host may also be used more specifically to refer to a particular joint or position of an intended implant within a particular patient anatomy. For example, in a total hip replacement procedure, the implant host may refer to the patient's hip joint to be replaced or repaired.

リアルタイム-本明細書および関連する特許請求の範囲の目的のためには、「リアルタイム」という用語は、イベントが生じるか、または動作可能なシステムによって入力が受信されたときに即座に実行される計算または動作を指すために使用される。しかしながら、「リアルタイム」という用語の使用は、待ち時間が機械の性能特性によって誘発される意図しない結果である限り、入力と応答との間のある待ち時間を生じる動作を排除することを意図しない。   Real-time-For purposes of this specification and the associated claims, the term “real-time” refers to a calculation that is performed immediately when an event occurs or input is received by an operable system. Or used to refer to an action. However, the use of the term “real time” is not intended to preclude operations that result in some latency between input and response, as long as latency is an unintended result induced by the performance characteristics of the machine.

詳細な説明
無画像(CTレス)インプラント修正外科手術を計画および実行するための例示的なシステムおよび方法について説明する。いくつかの例示的な実施形態では、本明細書で論じるシステムおよび方法は、追跡されるポイントプローブとコンピュータ制御される外科手術切断器具との組合せを含むことができる。一例では、光学的に追跡されるポイントプローブおよびコンピュータ制御される外科手術切断器具は、欠陥のある膝関節全置換(TKA; total knee replacement)などの欠陥のある整形外科用インプラントを置換するために修正処置を計画および実行するために使用され得る。一例では、外科医は、新しいインプラントを必要とする目標の骨の実際の表面を3次元でマッピングするためにポイントプローブを使用する。マッピングは、欠陥のあるまたは摩耗したインプラントを除去した後、ならびに任意の病的なまたはその他の点で望ましくない骨を除去した後に実行される。コンピュータシステムは、追跡されるポイントプローブまたは同様の追跡される外科手術器具を使用して得られたランドマーク位置と整列された患者の骨のボクセル化3Dモデルでマッピングプロセスを開始することができる。マッピングプロセス中、追跡されるポイントプローブ、切断バー、バーガード、または平板プローブアタッチメントを切断器具上で使用して、ボクセル化3Dモデルが、患者の骨から得られた実際の表面データに基づいて再整形される。最終的な3Dモデルが完成すると、外科医は、修正インプラントの位置および適合を評価するために、仮想3Dモデル中をレイヤー単位で移動することができる。実際の3D表面データを使用して生成された仮想3Dモデルによって可能となる詳細な評価は、正確な適合評価(サイズおよび位置)、オーグメントの選択、およびオーグメントの配置を可能にする。修正インプラントおよび任意のオーグメントが3Dモデル環境内に仮想的に配置されると、システムは、上記で論じたPFSなどの、追跡され、コンピュータ制御される切断器具を使用して実施されることになる外科手術切断計画を生成することができる。
DETAILED DESCRIPTION Exemplary systems and methods for planning and performing imageless (CT-less) implant revision surgery are described. In some exemplary embodiments, the systems and methods discussed herein can include a combination of a tracked point probe and a computer controlled surgical cutting instrument. In one example, an optically tracked point probe and a computer controlled surgical cutting instrument are used to replace a defective orthopedic implant such as a defective total knee replacement (TKA). It can be used to plan and execute corrective actions. In one example, the surgeon uses a point probe to map the actual surface of the target bone that requires a new implant in three dimensions. Mapping is performed after removing defective or worn implants, as well as removing any pathological or otherwise undesirable bone. The computer system can initiate the mapping process with a voxelized 3D model of the patient's bone aligned with landmark positions obtained using a tracked point probe or similar tracked surgical instrument. During the mapping process, tracked point probes, cutting bars, bar guards, or flat probe attachments are used on the cutting instrument to reshape the voxelized 3D model based on actual surface data obtained from the patient's bone Is done. Once the final 3D model is complete, the surgeon can move through the virtual 3D model layer by layer to evaluate the position and fit of the modified implant. The detailed evaluation enabled by the virtual 3D model generated using actual 3D surface data allows for accurate fit evaluation (size and position), selection of augments, and placement of augments. Once the modified implant and any augments are virtually placed in the 3D model environment, the system will be implemented using a tracked and computer controlled cutting instrument such as the PFS discussed above. A surgical cutting plan can be generated.

本明細書で論じる修正処置を実施する方法は、外科医が、切断ガイドおよび他の複雑な計装の必要性を回避しながら、修正インプラントおよびオーグメントをより正確に配置することを可能にする。手術室内での論じたシステムの実際の効果は、より少ないトレーと、より少ない滅菌と、より低いコストとを含む。   The methods of performing the corrective procedures discussed herein allow the surgeon to more accurately place the corrective implants and augments while avoiding the need for cutting guides and other complex instrumentation. The actual effects of the discussed system in the operating room include fewer trays, less sterilization, and lower cost.

以下の明細書および関連する図は、特定の詳細を有する本発明の例示的な実施形態を説明する。しかしながら、本発明がこれらの特定の詳細なしで実施されてもよいことは、当業者には明白であろう。また、コンピュータ制御のインプラント位置決めシステムが、提供される例に限定されず、具体的に論じない他のシナリオを含んでもよいことは明白であろう。   The following specification and the associated figures illustrate exemplary embodiments of the invention having specific details. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be practiced without these specific details. It will also be apparent that the computer controlled implant positioning system is not limited to the examples provided and may include other scenarios not specifically discussed.

図1は、ロボットシステムを使用して無画像(CTレス)修正外科手術処置を実行するためのシステム100の図である。システム100は、関連する光学追跡フレーム155(追跡アレイ155とも呼ばれる)を有する外科手術切断ツール150と、グラフィカルユーザインターフェース130と、光学追跡システム140と、患者追跡フレーム120(追跡アレイ120とも呼ばれる)とを含む。この図はまた、切開部110も含み、切開部110を通して、膝修正外科手術が実行され得る。一例では、図示のロボット外科手術システム100は、ミネソタ州のBlue Belt Technologies of PlymouthのNavio(登録商標)Surgical Systemなどの、ハンドヘルドコンピュータ制御外科手術ロボットシステムを示す。図示のロボットシステムは、ハンドヘルド外科手術器具を追跡および制御するために、ロボットコントローラに結合された光学追跡システムを使用する。たとえば、光学追跡システム140は、目標の骨(たとえば、膝の処置のための大腿骨および脛骨)に対する器具の位置を追跡するために、外科手術ツール150に結合された追跡アレイ155と、患者に結合された追跡アレイ120とを追跡する。   FIG. 1 is a diagram of a system 100 for performing an imageless (CT-less) revision surgical procedure using a robotic system. System 100 includes a surgical cutting tool 150 having an associated optical tracking frame 155 (also referred to as tracking array 155), a graphical user interface 130, an optical tracking system 140, and a patient tracking frame 120 (also referred to as tracking array 120). including. This figure also includes an incision 110 through which knee correction surgery can be performed. In one example, the illustrated robotic surgical system 100 represents a handheld computer controlled surgical robotic system, such as the Navio® Surgical System of Blue Belt Technologies of Plymouth, Minnesota. The illustrated robotic system uses an optical tracking system coupled to the robot controller to track and control the handheld surgical instrument. For example, the optical tracking system 140 may include a tracking array 155 coupled to the surgical tool 150 to track the position of the instrument relative to the target bone (e.g., femur and tibia for knee treatment), Track with the combined tracking array 120.

図2は、例示的な実施形態による、無画像(CTレス)修正外科手術処置を実行するためのシステム200を示すブロック図である。一例では、システム200は、制御システム210と、追跡システム140と、外科手術器具150とを含むことができる。オプションで、システム200はまた、表示デバイス130と、データベース230とを含むことができる。一例では、これらの構成要素は、とりわけ、整形外科(または同様の)補綴インプラント修正外科手術中に使用される切断ツールまたはポイントプローブのナビゲーションおよび制御を含むことができる、外科手術器具150のナビゲーションおよび制御を提供するために組み合わされ得る。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a system 200 for performing an imageless (CT-less) revision surgical procedure, according to an example embodiment. In one example, the system 200 can include a control system 210, a tracking system 140, and a surgical instrument 150. Optionally, system 200 can also include display device 130 and database 230. In one example, these components may include navigation and control of a surgical instrument 150 that may include, among other things, navigation and control of a cutting tool or point probe used during orthopedic (or similar) prosthetic implant revision surgery. Can be combined to provide control.

制御システム210は、追跡システム130から受信した情報を調整し、外科手術器具150に制御を提供するように構成された1つまたは複数のコンピューティングデバイスを含むことができる。一例では、制御システム210は、計画モジュール212と、ナビゲーションモジュール214と、制御モジュール216と、通信インターフェース218とを含むことができる。特定の例では、計画モジュール212は、患者に対する修正処置中に目標の関節を再整形する前に処置を仮想的に計画する能力を臨床医に与える手術前計画サービスを提供することができる。計画モジュール内で実行される計画プロセスの一部は、手術前計画へのさらに別の手法を論じる、Digioiaらへの「Computer-assisted Surgery Planner and Intra-Operative Guidance System」と題する米国特許第6,205,411号で論じられるものと同様の動作を含むことができる。米国特許第6,205,411号は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。   The control system 210 can include one or more computing devices configured to coordinate information received from the tracking system 130 and provide control to the surgical instrument 150. In one example, the control system 210 can include a planning module 212, a navigation module 214, a control module 216, and a communication interface 218. In a particular example, the planning module 212 can provide a pre-operative planning service that gives the clinician the ability to virtually plan the procedure before reshaping the target joint during a corrective procedure on the patient. Part of the planning process performed within the planning module is part of U.S. Patent No. 6,205,411 entitled "Computer-assisted Surgery Planner and Intra-Operative Guidance System" to Digioia et al. Discussing additional approaches to preoperative planning. Operations similar to those discussed in. US Pat. No. 6,205,411 is hereby incorporated by reference in its entirety.

全膝関節置換術(TKA)の修正などの一例では、計画モジュール212は、仮想インプラントホストモデルに関してインプラントの仮想モデルを操作するために使用され得る。以下でより詳細に論じるように、インプラントホスト(修正されるべき関節)の仮想モデルは、光学追跡システム140によって追跡されるポイントプローブまたは同様の器具の使用を通して作成され得る。制御システム210、いくつかの例では計画モジュール212は、患者の実際の解剖学的構造の仮想モデルを再現するために、目標の関節の表面からデータを収集する。具体的には、修正外科手術では、この方法は、既存のインプラントが除去された後、手術中の画像なしで収集されたデータを使用することによって、計画プロセスの精度を高めることができる。目標の骨から表面データを収集することはまた、新しい補綴インプラントの適切な適合と、解剖学的整列の最適化とを保証するために、目標の骨の反復的な再整形を可能にすることができる。   In one example, such as total knee replacement (TKA) modifications, the planning module 212 may be used to manipulate the virtual model of the implant with respect to the virtual implant host model. As discussed in more detail below, a virtual model of the implant host (the joint to be modified) can be created through the use of a point probe or similar instrument that is tracked by the optical tracking system 140. The control system 210, in some examples the planning module 212, collects data from the target joint surface to recreate a virtual model of the patient's actual anatomy. Specifically, in revision surgery, this method can increase the accuracy of the planning process by using data collected without intraoperative images after the existing implants have been removed. Collecting surface data from the target bone also allows for repetitive reshaping of the target bone to ensure proper fit of the new prosthetic implant and optimization of anatomical alignment Can do.

一例では、ナビゲーションモジュール214は、インプラント、インプラントホスト、および外科手術器具150の位置および向きの追跡を調整することができる。特定の例では、ナビゲーションモジュール214はまた、計画モジュール212内での手術前および手術中計画中に使用される仮想モデルの追跡を調整してもよい。仮想モデルを追跡することは、追跡システム140を介して得られたデータによるインプラントホストとの仮想モデルの整列などの動作を含むことができる。これらの例では、ナビゲーションモジュール214は、外科手術器具150およびインプラントホストの物理的な位置および向きに関する追跡システム140からの入力を受信する。インプラントホストの追跡は、追跡アレイ120などを用いて複数の個々の骨構造を追跡することを含んでもよい。たとえば、膝関節全置換処置中、追跡システム140は、(図1に示すように)個々の骨に固定された追跡デバイスを使用して、大腿骨および脛骨を個々に追跡してもよい。   In one example, the navigation module 214 can adjust the tracking of the position and orientation of the implant, implant host, and surgical instrument 150. In certain examples, the navigation module 214 may also coordinate the tracking of virtual models used during pre-operative and intra-operative planning within the planning module 212. Tracking the virtual model can include operations such as alignment of the virtual model with the implant host with data obtained via the tracking system 140. In these examples, the navigation module 214 receives input from the tracking system 140 regarding the physical position and orientation of the surgical instrument 150 and implant host. Implant host tracking may include tracking a plurality of individual bone structures using a tracking array 120 or the like. For example, during a total knee replacement procedure, tracking system 140 may track the femur and tibia individually using a tracking device secured to the individual bone (as shown in FIG. 1).

一例では、制御モジュール216は、外科手術器具150を制御する制御信号を生成するために、ナビゲーションモジュール214によって提供された情報を処理することができる。特定の例では、制御モジュール216はまた、手術処置中に外科医を支援するために視覚アニメーションを生成するために、ナビゲーションモジュール214と協働することができる。視覚アニメーションは、表示デバイス130などの表示デバイスを介して表示され得る。一例では、視覚アニメーションは、とりわけ、インプラント、インプラントホスト、および外科手術器具150のリアルタイム3D表現を含むことができる。特定の例では、視覚アニメーションは、インプラントの位置決めおよび配向に関して外科医をさらに支援するために、色分けされる。   In one example, the control module 216 can process the information provided by the navigation module 214 to generate control signals that control the surgical instrument 150. In certain examples, the control module 216 can also cooperate with the navigation module 214 to generate visual animations to assist the surgeon during the surgical procedure. The visual animation may be displayed via a display device such as display device 130. In one example, the visual animation may include real-time 3D representations of the implant, implant host, and surgical instrument 150, among others. In certain examples, the visual animation is color coded to further assist the surgeon with respect to implant positioning and orientation.

一例では、通信インターフェース218は、制御システム210と外部システムおよびデバイスとの間の通信を容易にする。通信インターフェース218は、とりわけ、イーサネット(登録商標)、IEEE802.11ワイヤレス、またはBluetooth(登録商標)など、有線と無線の両方の通信インターフェースを含むことができる。図1に示すように、この例では、通信インターフェース218を介して接続される主な外部システムは、追跡システム140と、外科手術器具150とを含む。図示されていないが、データベース230および表示デバイス130はまた、他のデバイスの中でも、通信インターフェース218を介して制御システム210に接続され得る。一例では、通信インターフェース218は、内部バスを介して、制御システム210内の他のモジュールおよびハードウェアシステムと通信する。   In one example, communication interface 218 facilitates communication between control system 210 and external systems and devices. The communication interface 218 can include both wired and wireless communication interfaces, such as Ethernet®, IEEE 802.11 wireless, or Bluetooth®, among others. As shown in FIG. 1, in this example, the main external system connected via communication interface 218 includes a tracking system 140 and a surgical instrument 150. Although not shown, database 230 and display device 130 may also be connected to control system 210 via communication interface 218, among other devices. In one example, the communication interface 218 communicates with other modules and hardware systems in the control system 210 via an internal bus.

一例では、追跡システム140は、半能動ロボット外科手術デバイスのナビゲーションおよび制御を支援するために、外科手術デバイスおよびインプラントホストの解剖学的構造の部分に関する位置および向き情報を提供する。追跡システム140は、少なくとも3つの位置と少なくとも3つの角度に基づいて追跡データを含むかまたは他の方法で提供する追跡器(たとえば、追跡アレイ120)を含むことができる。追跡器は、インプラントホストに関連付けられた1つまたは複数の第1の追跡マーカと、外科手術デバイス(たとえば、外科手術器具150)に関連付けられた1つまたは複数の第2のマーカとを含むことができる。マーカまたはマーカのうちのいくつかは、赤外線源、無線周波数(RF)源、超音波源、および/または送信機のうちの1つまたは複数であり得る。追跡システム140は、したがって、赤外線追跡システム、光学追跡システム、超音波追跡システム、慣性追跡システム、有線追跡システム、および/またはRF追跡システムであり得る。1つの例示的な追跡システムは、本明細書で説明するOPTOTRAK(登録商標)3D運動および位置測定および追跡システムであり得るが、当業者は、他の精度および/または分解能の他の追跡システムが使用され得ることを認識するであろう。   In one example, the tracking system 140 provides position and orientation information regarding the anatomical portion of the surgical device and implant host to assist in navigation and control of the semi-active robotic surgical device. The tracking system 140 can include a tracker (eg, tracking array 120) that includes or otherwise provides tracking data based on at least three positions and at least three angles. The tracker includes one or more first tracking markers associated with the implant host and one or more second markers associated with the surgical device (e.g., surgical instrument 150) Can do. The marker or some of the markers may be one or more of an infrared source, a radio frequency (RF) source, an ultrasound source, and / or a transmitter. The tracking system 140 can thus be an infrared tracking system, an optical tracking system, an ultrasound tracking system, an inertial tracking system, a wired tracking system, and / or an RF tracking system. One exemplary tracking system may be the OPTOTRAK® 3D motion and position measurement and tracking system described herein, but those skilled in the art will recognize other tracking systems with other accuracy and / or resolution. It will be appreciated that it can be used.

Brissonらへの「Methods and Systems to Control a Shaping Tool」と題する米国特許第6,757,582号は、外科手術環境内の追跡システム140などの追跡システムの使用に関するさらなる詳細を提供する。米国特許第6,757,582号('582号特許)は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。   US Pat. No. 6,757,582 entitled “Methods and Systems to Control a Shaping Tool” to Brisson et al. Provides further details regarding the use of tracking systems such as tracking system 140 in a surgical environment. US Pat. No. 6,757,582 (the '582 patent) is hereby incorporated by reference in its entirety.

一例では、外科医は、失敗した既存のインプラントの代わりに新しい補綴インプラントを収容するように目標の骨を整形するために、外科手術器具150を使用することができる。たとえば、上記で論じたように、人工膝を形成する補綴インプラントを除去し、大腿骨と脛骨とを再整形し、新しい人工膝を形成するために新しい補綴インプラントを埋め込むことによってTKAを修正することを必要とすることは、珍しくない。修正の実行を支援するために、システム200は、(以下でさらに詳細に論じるように)古い補綴の除去後に生成された仮想計画に従って正確な切断を実行するように、外科手術切断器具を追跡および制御することができる。   In one example, the surgeon can use the surgical instrument 150 to shape the target bone to accommodate a new prosthetic implant in place of the failed existing implant. For example, as discussed above, modifying the TKA by removing the prosthetic implant that forms the prosthetic knee, reshaping the femur and tibia, and implanting the new prosthetic implant to form a new prosthetic knee It is not uncommon to need To assist in performing the correction, system 200 tracks and cuts the surgical cutting instrument to perform an accurate cut according to a virtual plan generated after removal of the old prosthesis (as discussed in more detail below). Can be controlled.

図3を参照すると、システム100または200などのロボットシステムを使用して修正外科手術処置を実行するための方法300が提供される。この例では、方法300は、305におけるツール選択および較正、310における既存のインプラントの除去、315における追跡アレイを取り付けること、320における目標関節データを収集すること、325における既存のインプラントを除去すること、330における表面点を収集すること、335におけるインプラントのサイズおよび位置を計画すること、340における隙間間隔をバランス化させること、345におけるオーグメントを計画すること、350における骨の改良計画を表示すること、355における骨を切除すること、360における新しいインプラントを挿入すること、ならびに365における運動範囲データを収集および表示することなどの動作を含む。方法300は、特定の例において、より多いまたはより少ない動作で実行され得る。たとえば、いくつかの例示的な修正処置では、340における関節または隙間をバランス化させることは、オプションの処置であり得る。   Referring to FIG. 3, a method 300 is provided for performing a corrective surgical procedure using a robotic system such as system 100 or 200. In this example, method 300 includes tool selection and calibration at 305, removal of an existing implant at 310, attaching a tracking array at 315, collecting target joint data at 320, removing an existing implant at 325. Collecting surface points at 330, planning implant size and location at 335, balancing gap spacing at 340, planning augmentation at 345, displaying bone improvement plans at 350 , Excising bone at 355, inserting a new implant at 360, and collecting and displaying motion range data at 365. Method 300 may be performed with more or fewer operations in certain examples. For example, in some exemplary corrective procedures, balancing the joints or gaps at 340 may be an optional procedure.

ステップ305によれば、ロボットシステムは、選択された外科手術ツールおよびバータイプに合わせて接続および較正される。ツールは、外科手術処置中に追跡するために較正され、有効性が検証される。全体的な外科手術セットアップ100が図1に示されており、図2で提供される追加の詳細は、いくつかの例ではシステム100の拡張であるシステム200を論じている。   According to step 305, the robotic system is connected and calibrated to the selected surgical tool and bar type. The tool is calibrated and verified for tracking during the surgical procedure. An overall surgical setup 100 is shown in FIG. 1, and additional details provided in FIG. 2 discuss system 200, which in some examples is an extension of system 100.

ステップ310に示すように、初期切開部110が作られ、外科医が既存のインプラントにアクセスし、これを除去することを可能にする。実施形態では、外科医は、しばしば、骨からのインプラントの除去を容易にするためにハンマーを使用することを必要とし、これは、追跡器が初期の弛緩および除去プロセスの前に設置されている場合、追跡器を弛緩させる可能性があるので、インプラントは、追跡アレイ120などの任意の追跡器を設置する前に除去される。既存のインプラントが弛緩および除去された後、外科医は、インプラントの後ろにあった劣化した骨または病的な骨があれば、それを除去する。特定の例では、インプラントは、次いで、計画目的のためのデータ収集を可能にするために、可能な限り再挿入される。代替の実施形態は、ピンが最初に適切な場所に挿入され、その後インプラントが除去されているときに追跡器がピンから除去されるように、取外し可能な結合を有する追跡器ピンを提供する。いずれの方法でも、外科医によって使用される外科手術器具150などの任意の追跡されるツールのリアルタイムの位置も監視する追跡システム140などの赤外線または他の光学的「視線」カメラを使用して、これらの骨のリアルタイムな位置監視を可能にするために、次いで、追跡アレイ120が大腿骨および脛骨に取り付けられる(または、場合によっては再取り付けされる)(315)。   As shown in step 310, an initial incision 110 is made to allow the surgeon to access and remove the existing implant. In embodiments, the surgeon often needs to use a hammer to facilitate removal of the implant from the bone, if the tracker is installed prior to the initial relaxation and removal process. The implant is removed prior to installing any tracker, such as the tracking array 120, as it may relax the tracker. After the existing implant is relaxed and removed, the surgeon removes any degraded or pathological bone that was behind the implant. In a particular example, the implant is then reinserted as much as possible to allow data collection for planning purposes. An alternative embodiment provides a tracker pin with a removable connection so that the tracker is removed from the pin when the pin is first inserted into place and then the implant is removed. Either way, these use infrared or other optical “line-of-sight” cameras such as tracking system 140 that also monitors the real-time position of any tracked tool such as surgical instrument 150 used by the surgeon. The tracking array 120 is then attached (or possibly reattached) to the femur and tibia to enable real-time position monitoring of the bone (315).

ステップ320によれば、いくつかのチェックポイントおよび基準位置データ点が収集される(ランドマークおよび予め定義されたパラメータとも呼ばれる)。骨およびインプラントの表面上の座標点を収集するために使用されるポイントプローブの位置は、追跡器に対する先端の位置に関して検証される。チェックポイントは、システムにおいて、ポイントプローブの先端で触れられた予め確立された静止基準点として、踝を含む大腿骨および脛骨の骨上に確立される。全体的な処置中の様々な時点で、これらの点は、全体として追跡システム内の精度を保証するために、ポイントプローブによって再び触れられることになる。典型的には、次いで、十分なデータが収集されるまで、股関節を中心とする円上で、追跡される大腿骨を回転させることによって、股関節中心が計算される。   According to step 320, a number of checkpoints and reference position data points are collected (also referred to as landmarks and predefined parameters). The position of the point probe used to collect coordinate points on the bone and implant surfaces is verified with respect to the position of the tip relative to the tracker. Checkpoints are established on the femur and tibia bones including the heel as pre-established stationary reference points touched at the point probe tip in the system. At various points during the overall procedure, these points will be touched again by the point probe to ensure accuracy within the tracking system as a whole. Typically, the hip center is calculated by rotating the tracked femur on a circle centered on the hip until sufficient data is collected.

次に、膝の中心が決定される。さらにステップ320を参照すると、大腿骨のランドマーク点が、ポイントプローブの先端に存在するものの触診によって収集される。そのような大腿骨のランドマーク点は、たとえば、これらの点が存在し、信頼できる限り、膝中心と、最前点と、最遠位点と、最後点と、内側上顆点および外側上顆点とを含む。代替の実施形態では、これらの実際の点の代わりに、統計値が使用され得る。次に、大腿骨の回転基準が決定される。次いで、関節線基準が、大腿骨および脛骨のランドマークによって決定される。一部の患者では、関節線基準は決定することが困難であり、いくつかの実施形態では、他の膝関節がランドマークのために使用され得る。   Next, the center of the knee is determined. Still referring to step 320, femoral landmark points are collected by palpation of what is present at the tip of the point probe. Such femoral landmark points are, for example, the center of the knee, the foremost point, the most distal point, the last point, and the medial and lateral epicondyles as long as these points exist and are reliable. Including points. In alternative embodiments, statistics may be used instead of these actual points. Next, a rotation reference for the femur is determined. The joint line reference is then determined by the femur and tibia landmarks. In some patients, joint line criteria are difficult to determine, and in some embodiments, other knee joints can be used for landmarks.

依然としてステップ320の文脈内で、脛骨膝中心と、脛骨の大部分の内側および外側点とを含む脛骨ランドマーク点は、ポイントプローブの先端との触診によって収集され得る。加えて、脛骨回転基準が決定される。次に、隙間のバランス化の目的のために、関節の伸展および屈曲における最大内反および外反を含む運動範囲データが収集される。   Still within the context of step 320, tibial landmark points, including the tibial knee center and the medial and lateral points of most of the tibia, may be collected by palpation with the tip of the point probe. In addition, a tibial rotation reference is determined. Next, motion range data including maximum varus and valgus in joint extension and flexion is collected for the purpose of balancing the gap.

ステップ325において、(実行されている特定の処置がステップ310における再挿入を可能にすると想定すると)既存のインプラントが再び除去され、ステップ330において、次いで、たとえば、ポイントプローブの先端またはドリルの先端で残りの骨の全体をブラッシングまたは掻き取ることによって、大腿骨および脛骨の残りの骨表面上で多数の点が収集される。このいわゆる「自由収集」は、実際には、残りの骨の大きい部分のトレースまたは「ペインティング」であり、制御システム210などのコンピュータ化された計画システムにおいて骨表面の3次元モデルまたは表面マップを作成するために使用される。残りの骨の作成された3Dモデルは、次いで、処置と必要なインプラントサイズを計画するための基礎として使用される。典型的には、ランドマーク点は、開始ボリューム(初期3Dモデル)を作成するために使用され、開始ボリュームは、次いで、この自由収集ステップ中に残りの骨の実際のサイズを表すように削られる。代替の実施形態では、赤外線ポインタがハンドピースに組み込まれてもよく、骨上の赤外光の位置がシステムによって記録されてもよく、既存の骨の3Dモデルが同様に作成され得る。   In step 325, the existing implant is removed again (assuming that the particular procedure being performed allows reinsertion in step 310), and in step 330, then, for example, with a point probe tip or a drill tip. A number of points are collected on the remaining bone surfaces of the femur and tibia by brushing or scraping the entire remaining bone. This so-called “free collection” is actually a trace or “painting” of the remaining large part of the bone, and a 3D model or surface map of the bone surface in a computerized planning system such as the control system 210. Used to create. The created 3D model of the remaining bone is then used as a basis for planning the procedure and the required implant size. Typically, landmark points are used to create a starting volume (initial 3D model), which is then trimmed to represent the actual size of the remaining bone during this free collection step. . In an alternative embodiment, an infrared pointer may be incorporated into the handpiece, the location of the infrared light on the bone may be recorded by the system, and a 3D model of an existing bone may be created as well.

特定の例では、システムは、関節の容積(ボクセル化)モデルを作成するために、ステップ320において収集されたランドマークおよび他の情報を使用する。仮想3Dモデルは、追跡アレイ120、および追跡アレイ155を介するポイントプローブ追跡(外科手術器具150)などの追跡データを介して実際の骨構造と整列される。その後、ステップ330における表面データの収集中に、容積仮想3Dモデルは、目標の骨の実際の表面と一致するように再整形される。ランドマークおよび他の患者固有の情報から生成された3Dモデルを反復的に再整形するこのプロセスは、計画プロセス全体にわたって使用され得る実際の目標の骨の非常に正確な3Dモデルをもたらす。3Dモデルを実質的に再整形することは、手術中の画像化よりも速くかつ正確に、また手術中のCTまたは同様の走査技術に伴うロジスティックな困難なしに、最終結果を提供する。   In a particular example, the system uses the landmark and other information collected in step 320 to create a joint volume (voxelized) model. The virtual 3D model is aligned with the actual bone structure via tracking data such as tracking array 120 and point probe tracking (surgical instrument 150) via tracking array 155. Thereafter, during the collection of surface data in step 330, the volume virtual 3D model is reshaped to match the actual surface of the target bone. This process of iteratively reshaping 3D models generated from landmarks and other patient-specific information results in a very accurate 3D model of the actual target bone that can be used throughout the planning process. Substantial reshaping of the 3D model provides the final result faster and more accurately than intraoperative imaging and without the logistical difficulties associated with intraoperative CT or similar scanning techniques.

ステップ335によれば、大腿骨インプラントおよび脛骨インプラントのサイズおよび位置が、次いで、システム200においてモデル上に確立される。オプションで、大腿骨と脛骨との間の隙間のバランス化が、次いで、ステップ340において計画される。本明細書で使用される場合、隙間をバランス化することは、靭帯および軟部組織が、処置後の膝の安定性および適切な運動範囲を支援するために適切に張られていることを確認することを指す。実施形態では、バランス化は、膝が屈曲しているときには大腿骨構成要素を回転させることによって達成される。伸展時には、膝は、靭帯を開放または間引くことによってバランス化されるが、靭帯が解放される場合、再測定する必要がある。   According to step 335, the size and location of the femoral and tibial implants are then established on the model in system 200. Optionally, the balancing of the gap between the femur and tibia is then planned at step 340. As used herein, balancing the gap ensures that the ligaments and soft tissue are properly tensioned to support post-procedural knee stability and proper range of motion. Refers to that. In an embodiment, balancing is achieved by rotating the femoral component when the knee is flexed. During extension, the knee is balanced by opening or thinning the ligament, but if the ligament is released, it needs to be remeasured.

理想的なインプラントのサイズおよび位置が選択されると、システム200は、オプションで評価のための断面図を提供することができ、大腿骨または脛骨の補綴オーグメントの潜在的な使用が、ステップ345において評価および計画され得る。たとえば、以前のインプラントの後ろにある病的な骨が除去される必要があるときなど、既存の骨とインプラントの後ろ側との間に隙間が存在する場合、その隙間をなくすためにオーグメントが使用され、その結果、オーグメントを収容するために切断計画が変更される。   Once the ideal implant size and location has been selected, the system 200 can optionally provide a cross-sectional view for evaluation, and the potential use of a femoral or tibia prosthetic augment is determined in step 345. Can be evaluated and planned. If there is a gap between the existing bone and the back side of the implant, such as when the pathological bone behind the previous implant needs to be removed, augments are used to eliminate the gap. As a result, the cutting plan is changed to accommodate the augment.

大腿骨および脛骨のチェックポイントは、次いで、意図されたところで切断が行われることを保証するために検証される。最後に、350によれば、前述の計画ステップで得られた骨改良計画が、自由収集ステップの結果として作成された残りの骨の表現の上に表示される。この情報は、次いで、手術室内のモニタ130上で外科医に対して表示される。次いで、ステップ355において、骨切除が実行され、ステップ360において、骨が骨改良計画に従って完全に準備されると、インプラントが挿入される。   The femur and tibia checkpoints are then verified to ensure that the cut is made as intended. Finally, according to 350, the bone improvement plan obtained in the previous planning step is displayed on the remaining bone representation created as a result of the free collection step. This information is then displayed to the surgeon on the monitor 130 in the operating room. Next, at step 355, bone resection is performed, and at step 360, once the bone is fully prepared according to the bone improvement plan, the implant is inserted.

図4は、例示的な実施形態による、修正インプラント処置における目標の骨の切除のための仮想3Dモデルを作成するための方法400を示すフローチャートである。この例では、方法400は、410におけるポイントプローブの較正、420におけるランドマークを収集すること、430における3Dモデルを作成すること、440におけるオプションで3Dモデルを整列させること、450における表面データを収集すること、460における3Dモデルを再整形すること、および470におけるオプションで修正計画を生成することなどの動作を含む。方法400は、上記で論じた様々な動作を含むものとして図4に示されているが、他の例では、動作は異なる順序であってもよく、または、同様の方法が、より少ないもしくはより多い動作を含んでもよい。   FIG. 4 is a flowchart illustrating a method 400 for creating a virtual 3D model for target bone resection in a modified implant procedure, according to an exemplary embodiment. In this example, method 400 calibrates the point probe at 410, collects landmarks at 420, creates a 3D model at 430, optionally aligns the 3D model at 440, collects surface data at 450 Operations such as generating, reshaping the 3D model at 460, and optionally generating a modified plan at 470. Although the method 400 is illustrated in FIG. 4 as including the various operations discussed above, in other examples, the operations may be in a different order, or similar methods may be less or more Many actions may be included.

410において、方法400は、オプションで外科手術器具150の較正で開始することができる。較正は、追跡システムによって追跡される3次元座標系内で外科手術器具150の作業端を位置合わせし、追跡システム140が外科手術器具150を正確に位置決めできるようにすることを伴う。較正は、ポイントプローブまたは切断バーなどの外科手術器具の作業端を、追跡システムの座標空間内の既知の座標を有する物体に触れさせることによって行われ得る。   At 410, the method 400 can optionally begin with calibration of the surgical instrument 150. Calibration involves aligning the working end of the surgical instrument 150 within the three-dimensional coordinate system tracked by the tracking system so that the tracking system 140 can accurately position the surgical instrument 150. Calibration can be performed by touching the working end of a surgical instrument, such as a point probe or cutting bar, with an object having a known coordinate in the coordinate space of the tracking system.

420において、方法400は、制御システム210がランドマークと、目標の骨の他の予め定義されたパラメータとを収集することで続く。この例では、外科手術器具150は、追跡システム140が位置データを制御システム210に送る間に、ランドマークに触れるために使用され得る。430において、方法400は、計画モジュール212内などの制御システム210を継続し、目標の骨の目標インプラント領域の初期3Dモデルを作成する。一例では、3Dモデルは、新しいインプラントを受け入れることを意図する目標の骨の少なくとも一部のボクセル化モデルである。3Dモデルは、統計モデルのデータベースからサイズおよび形状を選択するためにランドマークと他の予め定義されたパラメータとを使用して、統計的骨モデルから生成され得る。他の例では、3Dモデルは、CTスキャンなどの手術前の医用撮像スキャンから生成され得る。いくつかの例では、ランドマークおよび他の予め定義されたパラメータは、他の入力なしで出発点としての基本3Dモデルを生成するために使用される。   At 420, the method 400 continues with the control system 210 collecting landmarks and other predefined parameters of the target bone. In this example, surgical instrument 150 may be used to touch the landmark while tracking system 140 sends position data to control system 210. At 430, the method 400 continues the control system 210, such as within the planning module 212, to create an initial 3D model of the target implant region of the target bone. In one example, the 3D model is a voxelized model of at least a portion of the target bone intended to accept a new implant. A 3D model can be generated from a statistical bone model using landmarks and other predefined parameters to select size and shape from a database of statistical models. In other examples, the 3D model can be generated from a pre-operative medical imaging scan such as a CT scan. In some examples, landmarks and other predefined parameters are used to generate a basic 3D model as a starting point without any other input.

440において、方法400は、制御システム210が初期3Dモデルを目標の骨に整列させることで続く。方法400は、450において、制御システム210が目標の骨から表面データを収集することで続く。表面データは、追跡システム140が外科手術器具150の位置を監視する間、追跡システム140から制御システム210によって受信される。表面データは、とりわけ、ポイントプローブアタッチメント、切断バー、バーガード、または平板プローブアタッチメントなどの、外科手術器具150上の様々なアタッチメントを使用して収集され得る。表面データの収集は、欠陥のあるまたは摩耗した補綴が除去された後、および、任意の追加の望ましくない骨が除去された後に実行される。特定の例では、表面点の収集は、目標の骨表面の対話型アニメーション(イラスト)の表示を通して導かれてもよく、これは、目標の骨表面上のまだ収集される必要がある場所を示す技法であり得る。色分けまたは同様の技法が、過去の点収集位置および必要な点収集位置を示すために使用され得る。   At 440, the method 400 continues with the control system 210 aligning the initial 3D model to the target bone. The method 400 continues at 450 with the control system 210 collecting surface data from the target bone. Surface data is received by the control system 210 from the tracking system 140 while the tracking system 140 monitors the position of the surgical instrument 150. Surface data may be collected using various attachments on the surgical instrument 150, such as, among others, point probe attachments, cutting bars, bar guards, or flat probe attachments. Surface data collection is performed after the defective or worn prosthesis is removed and after any additional undesirable bone is removed. In certain examples, the collection of surface points may be guided through the display of an interactive animation (illustration) of the target bone surface, which indicates where it still needs to be collected on the target bone surface It can be a technique. Color coding or similar techniques can be used to indicate past and required point collection positions.

460において、方法400は、制御システム210が受信した目標の骨の表面データに基づいて再整形された3Dモデルを生成することで続く。再整形された3Dモデルは、目標の骨の実際の表面輪郭の正確な仮想表現になり、これは、修正インプラントのサイズおよび位置の正確な計画を可能にする。再整形された3Dモデルの生成は、表面データが追跡システム140から受信されると制御システム210が3Dモデルを更新する反復的なプロセスであり得る。再整形された3Dモデルの、反復的な生成および表示デバイス130などにおける表示は、外科医が、修正処置の計画部分の間に、目標の骨の表面がどれくらい良好に取り込まれたのかを判断することを可能にする。   At 460, the method 400 continues by generating a reshaped 3D model based on the target bone surface data received by the control system 210. The reshaped 3D model becomes an accurate virtual representation of the actual surface contour of the target bone, which allows for an accurate planning of the size and position of the modified implant. The generation of the reshaped 3D model can be an iterative process where the control system 210 updates the 3D model as surface data is received from the tracking system 140. Display of the reshaped 3D model, such as iterative generation and display device 130, allows the surgeon to determine how well the target bone surface was captured during the planning portion of the corrective procedure Enable.

470において、方法400は、制御システム210が再整形された3Dモデルに基づいて修正計画を生成することで終了することができる。修正計画の生成は、外科医からのインプラント選択および位置決め入力を受信することを含むことができる。いくつかの例では、システムは、再整形された3Dモデルの解析に基づいて、初期のインプラントサイズおよび位置を示唆することができる。インプラントのサイズおよび位置が決定されると、再整形された3Dモデルは、修正インプラントの適合を最適化するためにオーグメントが含まれる必要があるかどうかを決定するために、さらに解析され得る。ボクセル化3Dモデルは、外科医が適合を評価するために3Dモデルの層間をすばやく移動することを可能にする効率的な表示および仮想操作を可能にする。最後に、制御システム210は、再生インプラントと任意の選択されたオーグメントとに最もよく適合するように目標の骨を再整形するための切断または切除計画を生成することができる。   At 470, the method 400 may end with the control system 210 generating a modified plan based on the reshaped 3D model. The generation of the correction plan can include receiving implant selection and positioning input from the surgeon. In some examples, the system can suggest an initial implant size and position based on the analysis of the reshaped 3D model. Once the size and position of the implant is determined, the reshaped 3D model can be further analyzed to determine if augments need to be included to optimize the fit of the modified implant. The voxelized 3D model allows for efficient display and virtual manipulation that allows the surgeon to move quickly between layers of the 3D model to assess fit. Finally, the control system 210 can generate a cutting or resection plan to reshape the target bone to best fit the regenerative implant and any selected augment.

一実施形態では、本方法は、大腿骨構成要素と脛骨構成要素の両方を含む複数の前から存在する補綴を有する膝関節全置換患者に対する修正処置の実行に利用される。   In one embodiment, the method is utilized to perform a correction procedure on a total knee replacement patient having a plurality of pre-existing prostheses that include both femoral and tibial components.

特許法に従って、本発明の現在好ましい実施形態および様々な代替の実施形態を上記で詳細に説明してきたが、様々な他の修正態様および代替態様が、本発明の要旨または添付の特許請求の範囲のいずれからも逸脱することなく、当業者には想起されることが理解されるべきである。   While presently preferred and various alternative embodiments of the present invention have been described in detail above in accordance with patent law, various other modifications and alternative embodiments are within the spirit of the invention or the appended claims. It should be understood that those skilled in the art will recognize without departing from any of these.

図5は、例示的な実施形態による、修正インプラント処置における目標の骨の切除のための3Dモデルを作成するための方法500を示すフローチャートである。方法500は、方法400を参照して論じた動作のうちのいくつかの代替を示す。この例では、方法500は、510におけるオプションでランドマークまたは目標の骨のパラメータを収集すること、520における目標の骨の3Dモデルを生成すること、530における目標の骨からの表面データを受信すること、および540における再整形された3Dモデルを生成することなどの動作を含む。この例では、3Dモデルは、目標の骨のボクセル化された容積ベースの近似である。再整形手法であることから、ボクセル化3Dモデルは、修正処置に関与することになる目標の骨の部分を取り囲むのに十分な大きさの容積であればよい。たとえば、方法500は、大腿骨の遠位端部を取り囲む円筒または同様の3Dポリゴンで開始することができる。図6は、以下に論じる再整形プロセスの2D方式における追加の図を提供する。   FIG. 5 is a flowchart illustrating a method 500 for creating a 3D model for target bone resection in a modified implant procedure, according to an exemplary embodiment. Method 500 illustrates some alternatives of the operations discussed with reference to method 400. In this example, the method 500 optionally collects landmark or target bone parameters at 510, generates a 3D model of the target bone at 520, and receives surface data from the target bone at 530. And operations such as generating a reshaped 3D model at 540. In this example, the 3D model is a voxelized volume-based approximation of the target bone. Because of the reshaping technique, the voxelized 3D model need only have a volume that is large enough to surround the portion of the target bone that will be involved in the correction procedure. For example, the method 500 can begin with a cylinder or similar 3D polygon surrounding the distal end of the femur. FIG. 6 provides additional diagrams in the 2D scheme of the reshaping process discussed below.

510において、方法500は、オプションで、制御システム210が目標の骨の少なくとも基本的な寸法を記述するデータを受信することで開始することができる。いくつかの例では、制御システム210は、目標の骨の表面と接触する追跡される外科手術器具から、ランドマークと他のサイズパラメータまたは形状パラメータを受信することになる。520において、方法500は、制御システム210が目標の骨の初期3Dモデルを生成することで続く。上記で論じたように、初期3Dモデルは、すべての関連する骨表面を取り囲むのに十分なサイズのボクセル化円筒と同じくらい単純なものであり得る。たとえば、遠位大腿骨が修正処置のための目標の骨領域である場合、ボクセル化円筒は、顆と、任意の想定されるインプラントよりも長い遠位端に近接する大腿骨の長さの両方を取り囲むのに十分な大きさにされ得る。図6に2次元で示すように、開始モデル620は、(開始モデル620を再整形されたモデル640と比較して)関連する骨表面を取り囲むだけでよい。   At 510, the method 500 can optionally begin with the control system 210 receiving data describing at least the basic dimensions of the target bone. In some examples, the control system 210 will receive landmarks and other size or shape parameters from a tracked surgical instrument in contact with the target bone surface. At 520, the method 500 continues with the control system 210 generating an initial 3D model of the target bone. As discussed above, the initial 3D model can be as simple as a voxelized cylinder of sufficient size to encompass all relevant bone surfaces. For example, if the distal femur is the target bone region for the corrective procedure, the voxelized cylinder will have both the condyle and the length of the femur proximate the distal end longer than any envisioned implant Can be made large enough to surround. As shown in FIG. 6 in two dimensions, the starting model 620 need only surround the relevant bone surface (compare the starting model 620 with the reshaped model 640).

530において、方法500は、制御システム210が外科手術器具150などの追跡される外科手術器具から受信した目標の骨の表面データに基づいて初期3Dモデルにボリュームサブトラクションを実行することで続くことができる。外科手術器具150が目標の骨の表面上を移動するにつれて、追跡システム140からの位置データが、初期3Dモデル内のボクセルを境界ボクセルまたは廃棄ボクセルとして再分類するために使用され、廃棄ボクセルは除去される。いくつかの例では、境界ボクセルは、最終的な再整形された3Dモデルを生成するために平滑化され得るか、または他の方法で操作され得る。540において、方法500は、制御システム210が最終的な再整形3Dモデルを生成することで終了する。いくつかの例では、目標の骨上のすべての表面点が取り込まれたことを外科医が示したときに、最終的な再整形3Dモデルが生成される。他の例では、制御システム210は、受信した表面データ入力から、再整形3Dモデルが使用可能なモデルを生成するのに十分な詳細を含むときにそのことを決定する。たとえば、システムは、連続する表面を形成する十分な数のデータ点を有するとき、または、点間の補間が予め定義されたしきい値未満になったときにそのことを決定することができる。   At 530, method 500 can continue by performing volume subtraction on the initial 3D model based on target bone surface data received by control system 210 from a tracked surgical instrument, such as surgical instrument 150. . As surgical instrument 150 moves over the target bone surface, position data from tracking system 140 is used to reclassify the voxels in the initial 3D model as boundary voxels or waste voxels, which are removed. Is done. In some examples, boundary voxels can be smoothed or otherwise manipulated to produce a final reshaped 3D model. At 540, method 500 ends with control system 210 generating a final reshaped 3D model. In some examples, a final reshaped 3D model is generated when the surgeon indicates that all surface points on the target bone have been captured. In other examples, the control system 210 determines from the received surface data input when the reshaped 3D model contains sufficient details to generate a usable model. For example, the system may determine that when it has a sufficient number of data points to form a continuous surface, or when the interpolation between points falls below a predefined threshold.

図6は、例示的な実施形態による、修正処置で使用されるべき3Dモデルを作成するための方法を示す図である。図6は、左側の物理世界図600と、右側のコンピュータモデル図610とに分割される。物理世界図600は、追跡アレイ155を含む外科手術器具150による目標の骨の表面マッピングの一例を示す。コンピュータモデル図610は、開始モデル620から再整形モデル640に移行するためのボリュームサブトラクション方法を示す。いくつかの例では、制御システム210は、コンピュータモデル図610と同様のグラフィカルユーザインターフェースアニメーションを生成する。開始モデル620は、外科手術器具モデル625とともに示されている。物理的対応物(外科手術器具150)が目標の骨から表面データを収集するにつれて、外科手術器具モデル625は、(明確にするために2次元で示されている)ボクセルを「空気」または廃棄ボクセル630に変化させて示されている。再整形モデル640は、廃棄ボクセル635(「空気」とも示される)および骨ボクセル650で示される。   FIG. 6 is a diagram illustrating a method for creating a 3D model to be used in a correction procedure, according to an exemplary embodiment. FIG. 6 is divided into a physical world diagram 600 on the left side and a computer model diagram 610 on the right side. The physical world diagram 600 shows an example of a target bone surface mapping with a surgical instrument 150 that includes a tracking array 155. Computer model diagram 610 illustrates a volume subtraction method for transitioning from a start model 620 to a reshape model 640. In some examples, the control system 210 generates a graphical user interface animation similar to the computer model diagram 610. A starting model 620 is shown with a surgical instrument model 625. As the physical counterpart (surgical instrument 150) collects surface data from the target bone, surgical instrument model 625 “airs” or discards the voxel (shown in two dimensions for clarity). Voxel 630 is shown as being changed. Reshaping model 640 is shown with waste voxels 635 (also referred to as “air”) and bone voxels 650.

モジュール、構成要素、およびロジック
本明細書に記載の制御システム210および追跡システム140などのコンピュータシステムの特定の実施形態は、ロジック、またはいくつかの構成要素、モジュール、もしくは機構を含んでもよい。モジュールは、ソフトウェアモジュール(たとえば、機械可読媒体上もしくは伝送信号内に具体化されたコード)、またはハードウェアモジュールのいずれかを構成してもよい。ハードウェアモジュールは、特定の動作を実行することができる有形のユニットであり、特定の方式で構成または配置され得る。例示的な実施形態では、1つもしくは複数のコンピュータシステム(たとえば、スタンドアロンのクライアントもしくはサーバコンピュータシステム)、またはコンピュータシステムの1つもしくは複数のハードウェアモジュール(たとえば、プロセッサもしくはプロセッサのグループ)は、本明細書に記載の特定の動作を実行するように動作するハードウェアモジュールとしてソフトウェア(たとえば、アプリケーションまたはアプリケーション部分)によって構成され得る。
Modules, Components, and Logic Certain embodiments of computer systems, such as the control system 210 and tracking system 140 described herein, may include logic, or several components, modules, or mechanisms. A module may constitute either a software module (eg, code embodied on a machine-readable medium or in a transmission signal), or a hardware module. A hardware module is a tangible unit capable of performing a specific operation and may be configured or arranged in a specific manner. In an exemplary embodiment, one or more computer systems (e.g., a stand-alone client or server computer system), or one or more hardware modules (e.g., a processor or group of processors) of a computer system, It may be configured by software (eg, an application or application portion) as a hardware module that operates to perform the specific operations described in the specification.

様々な実施形態において、ハードウェアモジュールは、機械的または電子的に実装され得る。たとえば、ハードウェアモジュールは、特定の動作を実行するように(たとえば、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)または特定用途向け集積回路(ASIC)などの専用プロセッサとして)恒久的に構成された専用回路またはロジックを備えてもよい。ハードウェアモジュールはまた、特定の動作を実行するようにソフトウェアによって一時的に構成された(たとえば、汎用プロセッサまたは他のプログラム可能プロセッサ内に包含される)プログラム可能ロジックまたは回路を備えてもよい。専用の恒久的に構成された回路において、または(たとえば、ソフトウェアによって構成された)一時的に構成された回路において機械的にハードウェアモジュールを実装する決定は、コストおよび時間の考慮によって決められ得ることが理解されよう。   In various embodiments, the hardware module may be implemented mechanically or electronically. For example, a hardware module is a dedicated circuit or logic that is permanently configured to perform a specific operation (e.g., as a dedicated processor such as a field programmable gate array (FPGA) or application specific integrated circuit (ASIC)). May be provided. A hardware module may also comprise programmable logic or circuitry (eg, included within a general purpose processor or other programmable processor) that is temporarily configured by software to perform a particular operation. The decision to implement a hardware module mechanically in a dedicated permanently configured circuit or in a temporarily configured circuit (e.g. configured by software) can be determined by cost and time considerations It will be understood.

したがって、「ハードウェアモジュール」という用語は、特定の方式で動作するようにおよび/または本明細書に記載の特定の動作を実行するように物理的に構成された、恒久的に構成された(たとえば、配線された)、または一時的に構成された(たとえば、プログラムされた)エンティティである、有形のエンティティを包含することが理解されるべきである。ハードウェアモジュールが一時的に構成された(たとえば、プログラムされた)実施形態を考慮すると、ハードウェアモジュールの各々は、ある任意の時点で構成またはインスタンス化される必要はない。たとえば、ハードウェアモジュールがソフトウェアを使用して構成される汎用プロセッサを備える場合、汎用プロセッサは、異なる時間にそれぞれ異なるハードウェアモジュールとして構成されてもよい。したがって、ソフトウェアは、たとえば、ある時点で特定のハードウェアモジュールを構成し、異なる時点で異なるハードウェアモジュールを構成するようにプロセッサを構成してもよい。   Thus, the term `` hardware module '' has been permanently configured to operate in a specific manner and / or physically configured to perform the specific operations described herein ( It should be understood to encompass tangible entities that are, for example, wired) or temporarily configured (eg, programmed) entities. Considering embodiments in which hardware modules are temporarily configured (eg, programmed), each hardware module need not be configured or instantiated at any given time. For example, when the hardware module includes a general-purpose processor configured using software, the general-purpose processor may be configured as different hardware modules at different times. Thus, the software may, for example, configure a processor to configure a particular hardware module at a certain time and a different hardware module at a different time.

ハードウェアモジュールは、他のハードウェアモジュールに情報を提供することができ、他のハードウェアモジュールから情報を受信することができる。したがって、説明したハードウェアモジュールは、通信可能に結合されているものとみなされてもよい。複数のそのようなハードウェアモジュールが同時に存在する場合、通信は、ハードウェアモジュールを接続する(たとえば、適切な回路およびバスを介する)信号伝送によって達成されてもよい。複数のハードウェアモジュールが異なる時間に構成またはインスタンス化される実施形態では、そのようなハードウェアモジュール間の通信は、たとえば、複数のハードウェアモジュールがアクセスを有するメモリ構造における情報の記憶および取り出しによって達成されてもよい。たとえば、1つのハードウェアモジュールは、動作を実行し、その動作の出力を、そのハードウェアモジュールが通信可能に結合されたメモリデバイスに記憶してもよい。さらなるハードウェアモジュールは、次いで、後に、記憶された出力を取り出し、処理するために、メモリデバイスにアクセスしてもよい。ハードウェアモジュールはまた、入力デバイスまたは出力デバイスとの通信を開始してもよく、リソース(たとえば、情報の集合)において動作することができる。   A hardware module can provide information to and receive information from other hardware modules. Accordingly, the described hardware modules may be considered to be communicatively coupled. If multiple such hardware modules are present simultaneously, communication may be achieved by signal transmission connecting the hardware modules (eg, via appropriate circuitry and buses). In embodiments where multiple hardware modules are configured or instantiated at different times, communication between such hardware modules is achieved, for example, by storing and retrieving information in a memory structure to which the multiple hardware modules have access. May be achieved. For example, one hardware module may perform an operation and store the output of the operation in a memory device to which the hardware module is communicatively coupled. The additional hardware module may then access the memory device later to retrieve and process the stored output. A hardware module may also initiate communication with an input device or output device and may operate on a resource (eg, a collection of information).

本明細書に記載の例示的な方法の様々な動作は、関連する動作を実行するように(たとえば、ソフトウェアによって)一時的に構成されるか、または恒久的に構成された1つまたは複数のプロセッサによって、少なくとも部分的に実行されてもよい。一時的に構成されるかまたは恒久的に構成されるかにかかわらず、そのようなプロセッサは、1つまたは複数の動作または機能を実行するように動作するプロセッサ実装モジュールを構成してもよい。本明細書で言及されるモジュールは、いくつかの例示的な実施形態では、プロセッサ実装モジュールを備えてもよい。   The various operations of the exemplary methods described herein may be one or more temporarily configured (eg, by software) or configured permanently to perform related operations. It may be executed at least in part by the processor. Whether configured temporarily or permanently, such a processor may constitute a processor-implemented module that operates to perform one or more operations or functions. The modules referred to herein may comprise processor-implemented modules in some exemplary embodiments.

同様に、本明細書に記載の方法は、少なくとも部分的にプロセッサによって実施されてもよい。たとえば、方法の動作のうちの少なくともいくつかは、1つもしくは複数のプロサッサ、またはプロセッサ実装モジュールによって実行されてもよい。特定の動作の実行は、単一の機械内に存在するだけでなく、いくつかの機械に配設された1つまたは複数のプロセッサに分散されてもよい。いくつかの例示的な実施形態では、1つまたは複数のプロセッサは、単一の場所(たとえば、家庭環境内、オフィス環境内、またはサーバファームとして)に配置されてもよいが、他の実施形態では、プロセッサは、いくつかの場所に分散されてもよい。   Similarly, the methods described herein may be implemented at least in part by a processor. For example, at least some of the method operations may be performed by one or more processors, or processor-implemented modules. The execution of specific operations may not only exist within a single machine, but may be distributed to one or more processors located on several machines. In some exemplary embodiments, one or more processors may be located in a single location (e.g., in a home environment, an office environment, or as a server farm), although other embodiments The processors may then be distributed in several places.

電子装置およびシステム
例示的な実施形態は、デジタル電子回路において、または、コンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、もしくはそれらの組合せにおいて実装されてもよい。例示的な実施形態は、コンピュータプログラム製品を使用して、たとえば、データ処理装置、たとえば、プログラム可能なプロセッサ、コンピュータ、または複数のコンピュータの動作によって実行するための、またはその動作を制御するための、情報キャリア内、たとえば、機械可読媒体内に有形で具体化されたコンピュータプログラムを使用して実施されてもよい。外科手術器具150の特定の例示的な実施形態は、外科手術器具150によって実行されるべき実行可能命令を記憶する機械可読媒体を含むことができる。
Electronic Devices and Systems Exemplary embodiments may be implemented in digital electronic circuitry or in computer hardware, firmware, software, or combinations thereof. Exemplary embodiments use a computer program product to execute, for example, or to control the operation of a data processing device, eg, a programmable processor, a computer, or multiple computers. May be implemented using a computer program tangibly embodied in an information carrier, eg, in a machine-readable medium. Certain exemplary embodiments of surgical instrument 150 may include a machine-readable medium that stores executable instructions to be executed by surgical instrument 150.

コンピュータプログラムは、コンパイラ型言語またはインタプリタ型言語を含む任意の形式のプログラミング言語で書かれてもよく、スタンドアロンプログラムとして、または、モジュール、サブルーチン、もしくはコンピューティング環境で使用するのに適した他のユニットとしてを含む、任意の形態で展開され得る。コンピュータプログラムは、1つのサイトにおける1つのコンピュータ上で、または、1つのサイトにおける、もしくは複数のサイトにわたって分散され、通信ネットワークによって相互接続された複数のコンピュータ上で実行されるように展開され得る。   A computer program may be written in any form of programming language, including a compiled or interpreted language, and as a stand-alone program or other unit suitable for use in a module, subroutine, or computing environment Can be deployed in any form, including as A computer program may be deployed to be executed on one computer at one site or on multiple computers at one site or distributed across multiple sites and interconnected by a communication network.

例示的な実施形態では、動作は、入力データに対して動作し、出力を生成することによって機能を実行するためにコンピュータプログラムを実行する1つまたは複数のプログラム可能なプロセッサによって実行されてもよい。方法動作はまた、専用論理回路(たとえば、FPGAまたはASIC)によって実行されてもよく、例示的な実施形態の装置は、専用論理回路(たとえば、FPGAまたはASIC)として実装されてもよい。   In an exemplary embodiment, operations may be performed by one or more programmable processors that execute a computer program to perform functions by operating on input data and generating output. . The method operations may also be performed by dedicated logic circuitry (eg, FPGA or ASIC), and the devices of the exemplary embodiments may be implemented as dedicated logic circuitry (eg, FPGA or ASIC).

コンピューティングシステムは、クライアントとサーバとを含むことができる。クライアントおよびサーバは、一般に、互いから離れており、典型的には、通信ネットワークを介して対話する。クライアントおよびサーバの関係は、それぞれのコンピュータ上で実行され、互いにクライアント-サーバ関係を有するコンピュータプログラムによって生じる。プログラム可能なコンピューティングシステムを展開する実施形態では、ハードウェアアーキテクチャとソフトウェアアーキテクチャの両方が考慮を必要とすることは認識されるであろう。具体的には、特定の機能を、恒久的に構成されたハードウェア(たとえば、ASIC)で実装するか、一時的に構成されたハードウェア(たとえば、ソフトウェアとプログラム可能なプロセッサとの組合せ)で実装するか、または恒久的に構成されたハードウェアと一時的に構成されたハードウェアとの組合せで実装するのかの選択が設計選択であり得ることは認識されるであろう。以下は、様々な例示的な実施形態における、展開され得るハードウェア(たとえば、機械)アーキテクチャとソフトウェアアーキテクチャとを示す。   The computing system can include clients and servers. A client and server are generally remote from each other and typically interact through a communication network. The client and server relationship is caused by computer programs running on the respective computers and having a client-server relationship with each other. It will be appreciated that in embodiments deploying programmable computing systems, both hardware and software architectures need to be considered. Specifically, specific functions can be implemented with permanently configured hardware (for example, ASIC) or temporarily configured with hardware (for example, a combination of software and a programmable processor). It will be appreciated that the choice of whether to implement or a combination of permanently configured hardware and temporarily configured hardware may be a design choice. The following shows hardware (eg, machine) and software architectures that may be deployed in various exemplary embodiments.

例示的な機械アーキテクチャおよび機械可読媒体
図7は、コンピュータシステム700の例示的な形態における機械のブロック図であり、コンピュータシステム700内で、本明細書で論じた方法論のうちの任意の1つまたは複数を機械に実行させる命令が実行され得る。代替の実施形態では、機械は、スタンドアロンのデバイスとして動作するか、または他の機械と接続(たとえば、ネットワーク接続)されてもよい。ネットワーク化された展開では、機械は、サーバ-クライアントネットワーク環境内のサーバマシンもしくはクライアントマシンとして、または、ピアツーピア(または分散)ネットワーク環境内のピアマシンとして動作してもよい。機械は、パーソナルコンピュータ(PC)、タブレットPC、または、その機械によってとられるべきアクションを指定する命令(順次または他の方法の)を実行することができる任意の機械であってもよい。さらに、単一のマシンのみが示されているが、「機械」という用語はまた、本明細書で論じた方法論のうちの任意の1つまたは複数を実行するために命令のセット(または複数のセット)を個別にまたは共同して実行する機械の任意の集合を含むものとする。
Exemplary Machine Architecture and Machine-Readable Medium FIG. 7 is a block diagram of a machine in an exemplary form of a computer system 700, within the computer system 700, any one of the methodologies discussed herein or Instructions that cause a machine to execute more than one may be executed. In alternative embodiments, the machine may operate as a stand-alone device or be connected (eg, networked) with other machines. In a networked deployment, the machine may operate as a server machine or client machine in a server-client network environment or as a peer machine in a peer-to-peer (or distributed) network environment. The machine may be a personal computer (PC), a tablet PC, or any machine capable of executing instructions (sequentially or otherwise) that specify actions to be taken by the machine. Further, although only a single machine is shown, the term “machine” also refers to a set of instructions (or a plurality of instructions) for performing any one or more of the methodologies discussed herein. Including any set of machines that perform the set) individually or jointly.

例示的なコンピュータシステム700は、プロセッサ702(たとえば、中央処理装置(CPU)、グラフィック処理装置(GPU)、または両方)と、メインメモリ704と、スタティックメモリ706とを含み、これらは、バス708を介して互いに通信する。コンピュータシステム700は、ビデオ表示ユニット710(たとえば、液晶ディスプレイ(LCD)または陰極線管(CRT))をさらに含んでもよい。コンピュータシステム700はまた、英数字入力デバイス712(たとえば、キーボード)と、ユーザインターフェース(UI)ナビゲーションデバイス(またはカーソル制御デバイス)714(たとえば、マウス)と、ディスクドライブユニット716と、信号生成デバイス718(たとえば、スピーカ)と、ネットワークインターフェースデバイス720とを含む。   Exemplary computer system 700 includes a processor 702 (e.g., a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), or both), a main memory 704, and a static memory 706, which are connected to a bus 708. Communicate with each other via Computer system 700 may further include a video display unit 710 (eg, a liquid crystal display (LCD) or a cathode ray tube (CRT)). The computer system 700 also includes an alphanumeric input device 712 (e.g., a keyboard), a user interface (UI) navigation device (or cursor control device) 714 (e.g., a mouse), a disk drive unit 716, and a signal generation device 718 (e.g., , Speaker) and network interface device 720.

機械可読媒体
ディスクドライブユニット(記憶デバイス)716は、本明細書に記載の方法論または機能のうちの任意の1つまたは複数によって具体化または使用される命令およびデータ構造の1つまたは複数のセット(たとえば、ソフトウェア)724が記憶される機械可読媒体722を含む。命令724はまた、コンピュータシステム700、メインメモリ704、およびプロセッサ702によるその実行中、メインメモリ704、スタティックメモリ706、および/またはプロセッサ702内に、完全に、または少なくとも部分的に存在してもよく、機械可読媒体または記憶デバイスも構成する。
Machine-readable media A disk drive unit (storage device) 716 is one or more sets of instructions and data structures (e.g., implemented or used by any one or more of the methodologies or functions described herein (e.g., Software) 724 is stored on the machine-readable medium 722. The instructions 724 may also be wholly or at least partially resident in the main memory 704, static memory 706, and / or processor 702 during its execution by the computer system 700, main memory 704, and processor 702. It also constitutes a machine-readable medium or storage device.

機械可読媒体722は、例示的な実施形態では、単一の媒体であるように示されているが、「機械可読媒体」という用語は、1つまたは複数の命令またはデータ構造を記憶する単一の媒体または複数の媒体(たとえば、集中型もしくは分散型データベース、ならびに/または関連するキャッシュおよびサーバ)を含んでもよい。「機械可読媒体」という用語はまた、機械による実行のための命令を記憶、符号化、もしくは担持することができ、本発明の方法論のうちの任意の1つもしくは複数を機械に実行させるか、またはそのような命令によって使用される、もしくはそのような命令に関連付けられるデータ構造を記憶、符号化、もしくは担持することができる任意の有形の媒体を含むと解釈されるものとする。「機械可読媒体」という用語は、したがって、限定はしないが、固体メモリと、光学媒体および磁気媒体とを含むと解釈されるものとする。機械可読媒体の具体的な例は、例として、半導体メモリデバイス(たとえば、消去可能プログラマブル読出し専用メモリ(EPROM)、電気的消去可能プログラマブル読出し専用メモリ(EEPROM))およびフラッシュメモリデバイスと、内部ハードディスクおよびリムーバブルディスクなどの磁気ディスクと、光磁気ディスクと、CD-ROMおよびDVD-ROMディスクとを含む不揮発性メモリを含む。「機械可読記憶媒体」はまた、とりわけ、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、およびRAMなどの一時的と解釈される場合があるデバイスを含むものとする。機械可読媒体および機械可読記憶媒体の本明細書で提供される定義は、機械可読媒体がさらに「非一時的」であると特徴付けられる場合であっても適用可能である。たとえば、非一時的機械可読記憶媒体などの「非一時的」の任意の追加は、他のメモリデバイスの中でも、レジスタメモリと、プロセッサキャッシュと、RAMとを包含し続けることを意図している。機械可読記憶媒体またはコンピュータ可読記憶媒体は、ハードドライブまたは物理的コンピュータメモリなどの非一時的物理デバイスであると解釈されるべきであるが、非一時的コンピュータ可読記憶デバイスと示された場合も同様に解釈されてもよい。   Although the machine-readable medium 722 is shown in the exemplary embodiment to be a single medium, the term “machine-readable medium” refers to a single item that stores one or more instructions or data structures. Media or multiple media (eg, centralized or distributed databases, and / or associated caches and servers). The term “machine-readable medium” can also store, encode, or carry instructions for execution by a machine, causing a machine to execute any one or more of the methodologies of the present invention, Or any tangible medium capable of storing, encoding, or carrying data structures used by or associated with such instructions. The term “machine-readable medium” is therefore to be interpreted as including, but not limited to, solid state memory, optical media and magnetic media. Specific examples of machine-readable media include, by way of example, semiconductor memory devices (e.g., erasable programmable read only memory (EPROM), electrically erasable programmable read only memory (EEPROM)) and flash memory devices, internal hard disks and Non-volatile memory including magnetic disks such as removable disks, magneto-optical disks, and CD-ROM and DVD-ROM disks. A “machine-readable storage medium” is also intended to include devices that may be interpreted as temporary, such as register memory, processor cache, and RAM, among others. The definitions provided herein for machine-readable media and machine-readable storage media are applicable even if the machine-readable medium is further characterized as “non-transitory”. For example, any addition of “non-transitory”, such as a non-transitory machine-readable storage medium, is intended to continue to include register memory, processor cache, and RAM, among other memory devices. A machine-readable storage medium or a computer-readable storage medium should be interpreted as a non-transitory physical device such as a hard drive or physical computer memory, but the same is true if it is indicated as a non-transitory computer-readable storage device. May be interpreted.

伝送媒体
命令724は、さらに、伝送媒体を使用して通信ネットワーク726を介して送信または受信されてもよい。命令724は、ネットワークインターフェースデバイス720といくつかの周知の転送プロトコル(たとえば、HTTP)のうちの任意の1つとを使用して送信されてもよい。通信ネットワークの例は、LANと、WANと、インターネットと、モバイル電話ネットワークと、従来型電話(POTS)ネットワークと、ワイヤレスデータネットワーク(たとえば、WiFiネットワークおよびWiMaxネットワーク)とを含む。「伝送媒体」という用語は、機械による実行のための命令を記憶、符号化、または担持することができる任意の無形媒体を含むと解釈されるものとし、そのようなソフトウェアの通信を容易にするデジタルもしくはアナログ通信信号または他の無形媒体を含む。
Transmission Medium The instructions 724 may also be transmitted or received via the communication network 726 using a transmission medium. The instructions 724 may be transmitted using the network interface device 720 and any one of several well-known transfer protocols (eg, HTTP). Examples of communication networks include LANs, WANs, the Internet, mobile phone networks, conventional telephone (POTS) networks, and wireless data networks (eg, WiFi networks and WiMax networks). The term “transmission medium” shall be construed to include any intangible medium capable of storing, encoding, or carrying instructions for execution by a machine and facilitates communication of such software. Includes digital or analog communication signals or other intangible media.

したがって、インプラント位置決めデバイスのナビゲーションおよび制御のための方法およびシステムについて説明した。本発明について、特定の例示的な実施形態を参照して説明したが、本発明のより広い要旨および範囲から逸脱することなく、これらの実施形態に対して様々な修正および変更が行われてもよいことは、明らかであろう。したがって、本明細書および図面は、限定的な意味ではなく、例示的な意味で考慮されるべきである。   Accordingly, a method and system for implant positioning device navigation and control has been described. Although the invention has been described with reference to particular exemplary embodiments, various modifications and changes may be made to these embodiments without departing from the broader spirit and scope of the invention. It will be clear that it is good. The specification and drawings are, accordingly, to be regarded in an illustrative sense rather than a restrictive sense.

実施形態について、特定の例示的な実施形態を参照して説明したが、本発明のより広い要旨および範囲から逸脱することなく、これらの実施形態に対して様々な修正および変更が行われてもよいことは、明らかであろう。したがって、本明細書および図面は、限定的な意味ではなく、例示的な意味で考慮されるべきである。本発明の一部を形成する添付図面は、主題が実施され得る特定の実施形態を、実例として、限定としてではなく示す。図示された実施形態は、当業者が本明細書に開示された教示を実施できるように十分に詳細に説明されている。構造的および論理的な置き換えおよび変更が、本開示の範囲から逸脱することなく行われてもよいように、他の実施形態が使用されてもよく、そこから導出されてもよい。この詳細な説明は、したがって、限定的な意味で解釈されるべきではなく、様々な実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲と、そのような特許請求の範囲が権利を与えられる均等物の完全な範囲とによってのみ定義される。   Although the embodiments have been described with reference to particular exemplary embodiments, various modifications and changes may be made to these embodiments without departing from the broader spirit and scope of the invention. It will be clear that it is good. The specification and drawings are, accordingly, to be regarded in an illustrative sense rather than a restrictive sense. The accompanying drawings, which form part of the invention, illustrate, by way of illustration and not limitation, specific embodiments in which the subject matter may be implemented. The illustrated embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the teachings disclosed herein. Other embodiments may be used and derived from such that structural and logical substitutions and changes may be made without departing from the scope of the present disclosure. This detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the various embodiments is defined by the appended claims and the equivalents to which such claims are entitled. Is defined only by the full scope of

本発明の主題のそのような実施形態は、2つ以上が実際に開示される場合、本出願の範囲を任意の1つの発明または発明的概念に自発的に限定することを意図せず、便宜上単に「発明」という用語によって、個別におよび/または集合的に本明細書で言及される場合がある。したがって、特定の実施形態または例について、本明細書で図示および説明してきたが、同じ目的を達成するために計算された任意の構成が、示された特定の実施形態を置き換えてもよいことが理解されるべきである。本開示は、様々な実施形態の任意のおよびすべての適合または変形をカバーすることを意図している。上記の実施形態の組合せ、および、本明細書に具体的に記載されていない他の実施形態は、上記の説明を検討する当業者には明らかであろう。   Such embodiments of the present inventive subject matter are not intended to voluntarily limit the scope of the present application to any one invention or inventive concept, if more than one is actually disclosed. It may be referred to herein individually and / or collectively by simply the term “invention”. Thus, although particular embodiments or examples have been illustrated and described herein, any configuration calculated to achieve the same purpose may replace the particular embodiment shown. Should be understood. This disclosure is intended to cover any and all adaptations or variations of various embodiments. Combinations of the above embodiments, and other embodiments not specifically described herein, will be apparent to those of skill in the art upon reviewing the above description.

本文書で言及されるすべての刊行物、特許、および特許文書は、参照により個々に組み込まれているかのように、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。本文書とそのように参照により組み込まれているこれらの文書との間の矛盾する使用法の場合、組み込まれている参考文献における使用法は、本文書の使用法の補足として考慮されるべきであり、両立しない矛盾については、本文書における使用法が制御する。   All publications, patents, and patent documents mentioned in this document are hereby incorporated by reference in their entirety as if individually incorporated by reference. In case of conflicting usage between this document and those documents so incorporated by reference, usage in the incorporated references should be considered as a supplement to the usage of this document. The usage in this document controls the inconsistencies that are present and incompatible.

本文書では、「a」または「an」という用語は、特許文書において一般的であるように、任意の他の例、または「少なくとも1つ」または「1つまたは複数」の使用法とは無関係に、1つまたは2つ以上を含むように使用される。本文書では、「または」という用語は、特に指示のない限り、「AまたはB」が、「BでなくA」と、「AでなくB」と、「AおよびB」とを含むように、非排他的であるまたは、を指すために使用される。添付の特許請求の範囲では、「含む」および「その中の」という用語は、「備える」および「その中に」というそれぞれの用語の平易な英語の同義語として使用される。また、以下の特許請求の範囲では、「含む」および「備える」という用語は、拡張可能(open-ended)であり、すなわち、請求項においてそのような用語の後に列挙されたものに加えて要素を含むシステム、デバイス、品物、またはプロセスは、依然としてその請求項の範囲内にあるとみなされる。さらに、以下の特許請求の範囲では、「第1の」、「第2の」、「第3の」などの用語は、単に標識として使用され、それらの対象に数値的な要件を課すことを意図しない。   In this document, the term “a” or “an” is independent of any other example or “at least one” or “one or more” usage, as is common in patent documents. Used to include one or more. In this document, the term “or” means “A or B” includes “A not B”, “B not A”, and “A and B” unless otherwise indicated. , Non-exclusive, or used to refer to. In the appended claims, the terms “comprising” and “in” are used as plain English synonyms for the respective terms “comprising” and “in”. Also, in the following claims, the terms “including” and “comprising” are open-ended, that is, elements in addition to those listed after such terms in the claims. A system, device, article or process comprising is still considered to be within the scope of the claims. Further, in the following claims, terms such as “first”, “second”, “third” are used merely as labels and impose numerical requirements on their subjects. Not intended.

本開示の要約は、本開示の主題の簡単な概要を提供するために、特許請求の範囲の範囲または意味を解釈または限定しないように提供される。加えて、上記の詳細な説明では、様々な特徴が、本開示を合理化する目的で単一の実施形態において集められていることがわかる。この開示の方法は、特許請求された実施形態が各請求項に明示的に列挙されているよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映するものとして解釈されるべきではない。   This summary of the disclosure is provided so as not to interpret or limit the scope or meaning of the claims to provide a brief summary of the subject matter of the disclosure. In addition, in the foregoing detailed description, it can be seen that various features are grouped together in a single embodiment for the purpose of streamlining the present disclosure. This method of disclosure is not to be interpreted as reflecting an intention that the claimed embodiments require more features than are expressly recited in each claim.

100 システム、外科手術セットアップ
110 切開部
120 患者追跡フレーム、追跡アレイ
130 グラフィカルユーザインターフェース、表示デバイス、モニタ
140 光学追跡システム、追跡システム
150 外科手術切断ツール、外科手術ツール、外科手術器具
155 光学追跡フレーム、追跡アレイ
200 システム
210 制御システム
212 計画モジュール
214 ナビゲーションモジュール
216 制御モジュール
218 通信インターフェース
230 データベース
600 物理世界図
610 コンピュータモデル図
620 開始モデル
625 外科手術器具モデル
630 廃棄ボクセル
635 廃棄ボクセル
640 再整形モデル
650 骨ボクセル
700 コンピュータシステム
702 プロセッサ
704 メインメモリ
706 スタティックメモリ
708 バス
710 ビデオ表示ユニット
712 英数字入力デバイス
714 ユーザインターフェース(UI)ナビゲーションデバイス
716 ディスクドライブユニット
718 信号生成デバイス
720 ネットワークインターフェースデバイス
722 機械可読媒体
724 命令およびデータ構造の1つまたは複数のセット、命令
726 通信ネットワーク
100 system, surgical setup
110 incision
120 patient tracking frame, tracking array
130 Graphical user interface, display device, monitor
140 Optical tracking system, tracking system
150 surgical cutting tools, surgical tools, surgical instruments
155 optical tracking frame, tracking array
200 systems
210 Control system
212 Planning Module
214 Navigation module
216 Control module
218 Communication interface
230 Database
600 physical world map
610 computer model diagram
620 starting model
625 surgical instrument model
630 Waste voxels
635 Waste voxels
640 Reshaping model
650 bone voxels
700 computer system
702 processor
704 Main memory
706 Static memory
708 bus
710 video display unit
712 alphanumeric input device
714 User Interface (UI) Navigation Device
716 disk drive unit
718 signal generation device
720 network interface device
722 machine-readable media
724 one or more sets of instructions and data structures, instructions
726 Communication network

Claims (20)

1つまたは複数のプロセッサを使用して、目標の骨を近似する3次元(3D)モデルを生成するステップと、
外科手術器具を追跡する追跡システムから、インプラント修正処置に関連する前記目標の骨の部分からの複数の表面点を受信するステップと、
前記1つまたは複数のプロセッサを使用して、前記3Dモデルと前記目標の骨の前記部分から収集された前記複数の表面点とに基づいて、再整形された3Dモデルを生成するステップと
を備える方法。
Using one or more processors to generate a three-dimensional (3D) model approximating the target bone;
Receiving a plurality of surface points from a portion of the target bone associated with an implant correction procedure from a tracking system that tracks a surgical instrument;
Generating a reshaped 3D model based on the 3D model and the plurality of surface points collected from the portion of the target bone using the one or more processors. Method.
補綴インプラントを埋め込むために前記目標の骨を準備するための修正計画を生成するステップをさらに備える、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising generating a correction plan for preparing the target bone for implanting a prosthetic implant. 前記修正計画に従って、前記目標の骨の切除中に追跡される外科手術切断器具を制御するステップをさらに備える、請求項2に記載の方法。   3. The method of claim 2, further comprising controlling a surgical cutting instrument that is tracked during the target bone resection according to the modification plan. 前記3Dモデルを生成する前記ステップが、前記インプラント修正処置に関連する前記目標の骨の前記部分を取り囲むボクセル化された3D円筒を生成するステップを含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the step of generating the 3D model comprises generating a voxelized 3D cylinder surrounding the portion of the target bone associated with the implant modification procedure. 前記3Dモデルを生成する前記ステップが、ボクセル化された3Dモデルを生成するステップを含み、前記再整形された3Dモデルを生成する前記ステップが、前記複数の表面点に基づいて前記ボクセル化された3Dモデル内のボクセルを更新するステップを含む、請求項1に記載の方法。   The step of generating the 3D model includes generating a voxelized 3D model, and the step of generating the reshaped 3D model is the voxelized based on the plurality of surface points. The method of claim 1, comprising updating voxels in the 3D model. 前記ボクセル化された3Dモデル内のボクセルを更新する前記ステップが、前記複数の表面点に基づいて前記3Dモデルからのボリュームサブトラクションを実行するステップを含む、請求項5に記載の方法。   6. The method of claim 5, wherein the step of updating voxels in the voxelized 3D model comprises performing volume subtraction from the 3D model based on the plurality of surface points. 前記目標の骨を特徴付ける、追跡される外科手術器具からのパラメータの予め定義されたセットを受信するステップをさらに備え、前記3Dモデルを生成するステップが、前記パラメータの予め定義されたセットから前記目標の骨の寸法を計算するステップを含む、請求項1に記載の方法。   Receiving a predefined set of parameters from a tracked surgical instrument that characterizes the target bone, and generating the 3D model includes generating the 3D model from the predefined set of parameters. The method of claim 1, comprising calculating bone dimensions of the bone. 再整形された3Dモデルを生成するステップが、前記複数の表面点の収集中に反復的に生じる、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein generating a reshaped 3D model occurs iteratively during collection of the plurality of surface points. 追跡アレイを含む外科手術器具と、
追跡センサを含む追跡システムであって、前記追跡システムが、リアルタイムで、前記外科手術器具の3次元位置および向きと、インプラントホストの少なくとも1つの目標の骨の3次元位置および向きとを監視する、追跡システムと、
制御システムであって、
現在の外科手術器具の位置と現在の目標の骨の位置とを識別する追跡情報を受信するために前記追跡システムに結合された通信インターフェースと、
メモリデバイスに結合された1つまたは複数のプロセッサであって、前記メモリデバイスが、前記1つまたは複数のプロセッサによって実行されたとき、
前記目標の骨に関連する前記外科手術器具の位置に基づいて、前記追跡システムから、目標の骨を特徴付ける予め定義されたパラメータを収集することと、
前記予め定義されたパラメータの一部に少なくとも部分的に基づいて、前記目標の骨の3次元(3D)モデルを生成することと、
前記追跡システムから、前記目標の骨に関連する前記外科手術器具の位置に基づいて、インプラント修正処置に関連する前記目標の骨の部分から複数の表面点を収集することと、
前記3Dモデルと、前記目標の骨の前記部分から収集された前記複数の表面点とに基づいて、再整形された3Dモデルを生成することと
を含む動作を前記制御システムに実行させる命令を含む、1つまたは複数のプロセッサと
を含む、制御システムと
を備えるシステム。
A surgical instrument including a tracking array;
A tracking system including a tracking sensor, wherein the tracking system monitors in real time the 3D position and orientation of the surgical instrument and the 3D position and orientation of at least one target bone of the implant host; A tracking system;
A control system,
A communication interface coupled to the tracking system to receive tracking information identifying a current surgical instrument position and a current target bone position;
One or more processors coupled to a memory device, wherein the memory device is executed by the one or more processors;
Collecting pre-defined parameters characterizing the target bone from the tracking system based on the position of the surgical instrument relative to the target bone;
Generating a three-dimensional (3D) model of the target bone based at least in part on a portion of the predefined parameters;
Collecting, from the tracking system, a plurality of surface points from a portion of the target bone associated with an implant correction procedure based on the position of the surgical instrument relative to the target bone;
Instructions for causing the control system to perform an action comprising generating a reshaped 3D model based on the 3D model and the plurality of surface points collected from the portion of the target bone. And a control system comprising one or more processors.
前記外科手術器具が、切断バー、バーガード、平板プローブアタッチメント、およびポイントプローブのうちの少なくとも1つを含む、請求項9に記載のシステム。   The system of claim 9, wherein the surgical instrument includes at least one of a cutting bar, a bar guard, a flat probe attachment, and a point probe. 前記予め定義されたパラメータまたは前記複数の表面点を収集することが、前記切断バー、前記バーガード、前記平板プローブアタッチメント、および前記ポイントプローブのうちの1つを使用して実行される、請求項10に記載のシステム。   The collecting of the predefined parameter or the plurality of surface points is performed using one of the cutting bar, the bar guard, the flat probe attachment, and the point probe. The system described in. 前記制御システムが、補綴インプラントを埋め込むために前記目標の骨を準備するための修正計画を生成することを含む動作をさらに実行する、請求項9に記載のシステム。   The system of claim 9, wherein the control system further performs an operation that includes generating a correction plan for preparing the target bone for implanting a prosthetic implant. 前記通信インターフェースが、切断バーを制御する制御信号を送るために前記外科手術器具に結合され、
前記制御システムが、
前記修正計画に従って前記目標の骨の切除中に前記外科手術器具を制御する制御信号を生成することと、
前記通信インターフェースを介して、前記生成された制御信号を前記外科手術器具に通信することと
を含む動作をさらに実行する、請求項12に記載のシステム。
The communication interface is coupled to the surgical instrument to send a control signal to control the cutting bar;
The control system is
Generating control signals to control the surgical instrument during resection of the target bone according to the modification plan;
The system of claim 12, further comprising performing an operation comprising communicating the generated control signal to the surgical instrument via the communication interface.
前記3Dモデルを前記生成することが、前記インプラント修正処置に関連する前記目標の骨の前記部分を取り囲むボクセル化された3D円筒を生成することを含む、請求項9に記載のシステム。   The system of claim 9, wherein the generating the 3D model includes generating a voxelized 3D cylinder surrounding the portion of the target bone associated with the implant modification procedure. 前記再整形された3Dモデルを生成することが、前記複数の表面点に基づいて前記3Dモデルからのボリュームサブトラクションを実行することを含む、請求項14に記載のシステム。   15. The system of claim 14, wherein generating the reshaped 3D model includes performing volume subtraction from the 3D model based on the plurality of surface points. 前記3Dモデルを前記生成することが、前記3Dモデルを生成するために前記目標の骨の手術前医用画像にアクセスすることを含む、請求項9に記載のシステム。   The system of claim 9, wherein the generating the 3D model includes accessing a pre-operative medical image of the target bone to generate the 3D model. 再整形された3Dモデルを生成することが、前記複数の表面点の収集中に反復的に生じる、請求項9に記載のシステム。   The system of claim 9, wherein generating a reshaped 3D model occurs iteratively during collection of the plurality of surface points. 機械によって実行されたとき、
前記機械内の1つまたは複数のプロセッサを使用して、目標の骨を特徴付けるパラメータに少なくとも部分的に基づいて前記目標の骨の3次元(3D)モデルを生成することと、
追跡される外科手術器具を追跡する追跡システムから、インプラント修正処置に関連する前記目標の骨の部分からの複数の表面点を受信することと、
前記1つまたは複数のプロセッサを使用して、前記3Dモデルと、前記目標の骨の前記部分から収集された前記複数の表面点とに基づいて、再整形された3Dモデルを生成することと
を含む動作を前記機械に実行させる命令を含む機械可読記憶デバイス。
When executed by machine
Generating a three-dimensional (3D) model of the target bone based at least in part on parameters characterizing the target bone using one or more processors in the machine;
Receiving a plurality of surface points from a portion of the target bone associated with an implant correction procedure from a tracking system that tracks the surgical instrument being tracked;
Generating a reshaped 3D model based on the 3D model and the plurality of surface points collected from the portion of the target bone using the one or more processors; A machine-readable storage device comprising instructions that cause the machine to perform operations including.
前記命令が、補綴インプラントを埋め込むために前記目標の骨を準備する修正計画を前記機械に生成させる命令をさらに備え、
前記命令が、前記修正計画に従って、前記目標の骨の切除中に追跡される外科手術切断器具を前記機械に制御させる命令をさらに備える、請求項18に記載の機械可読記憶デバイス。
The instructions further comprise instructions for causing the machine to generate a correction plan to prepare the target bone for implanting a prosthetic implant;
The machine-readable storage device of claim 18, wherein the instructions further comprise instructions that cause the machine to control a surgical cutting instrument that is tracked during resection of the target bone according to the modification plan.
1つまたは複数のプロセッサを使用して、インプラント修正処置に関連する目標の骨の部分の3次元(3D)ボクセル化モデルを生成するステップであって、前記モデルが、少なくとも、すべての寸法において前記目標の骨の前記部分と同じくらいの大きさである、ステップと、
既知の幾何学的形状の器具を追跡する追跡システムから、前記器具が前記目標の骨の表面に沿ってトレースされるにつれて複数のデータ点を受信するステップと、
1つまたは複数のプロセッサを使用して、前記複数のデータ点に少なくとも部分的に基づいて、前記モデルから除去されるべき廃棄ボクセルのセットを計算するステップと、
前記1つまたは複数のプロセッサを使用して、前記廃棄ボクセルのセットに基づいて、再整形された3Dボクセル化モデルを生成するステップと
を備える、コンピュータ実装インプラント修正処置計画方法。
Using one or more processors to generate a three-dimensional (3D) voxelized model of the target bone portion associated with the implant modification procedure, the model at least in all dimensions; A step that is as large as said portion of the target bone;
Receiving a plurality of data points as the instrument is traced along the surface of the target bone from a tracking system that tracks an instrument of known geometry;
Using one or more processors to calculate a set of discarded voxels to be removed from the model based at least in part on the plurality of data points;
Generating a reshaped 3D voxelization model based on the set of discarded voxels using the one or more processors.
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